紧凑的x射线激光

文摘

编辑注意

光源称为自由电子激光能产生强烈的x射线辐射范围的应用程序。方法通常需要巨大的粒子加速器,但一个实验显示了如何克服这一限制。最新的工具来调查我们的世界的到来总是导致发现。光源称为自由电子激光(费尔斯)这样的工具的样本。费尔斯在广泛的波长会产生辐射,包括extremeultraviolet和x射线范围,并可能产生超短脉冲,在飞秒(10 - 15秒)或者阿托秒(10 - 18 s)时间表。在这些空间和时间尺度上,有小差别生物学、化学和物理学,费尔斯已经彻底改变了所有三个学科。费尔斯使利益被冻结在原地,观察到在微观层面,允许科学家解决原子或电子的运动,控制化学反应和化学键或能量传送过程的动力学。费尔斯产生辐射高能光束穿过一个波纹机,延长组磁极相反的磁铁。

能量高效传输光束的激光,如果高电流和足够单色光束特性,如果电子有相似的能量,遵循相似的轨迹和发光具有相似属性。当这样一个高亮度电子束与电磁场相互作用生成的阳光在波纹机内,光束传输的一部分动能激光。因此,光放大了好几个数量级而传播通过波纹机。费尔斯因此需要高能量和highbrightness电子束获得强烈的短的波长的激光,像极紫外和x射线的波长。

电子束通常是加速了将电子注入一段序列的空心金属结构称为谐振腔,那里的粒子逐渐获得能量,“冲浪”的电磁辐射。最终的能量取决于波的振幅(即加速电场的强度),因此加速器的长度。目前的技术限制了部门力量加速腔数以兆伏/米。因此,加速器几百米到几公里长需要成功的几个gb的光束能量电子伏特(GeV) x射线所需要的恶魔。高能电子束因此往往只能在大型加速器设施,限制数量的科学家谁可以访问费尔斯或高级的调查工具需要高能电子。

这个限制是一个在寻找其他的方法制造背后的动机强烈加速领域缩减的足迹和成本相关的加速器。一个有前途的想法是令人兴奋的一个电磁辐射在等离子体电离gas-using光学激光的高功率密度。加速字段成千上万倍比传统加速腔通常在等离子体生成的。等领域,所需要的电子束能量x射线恶魔可能达成在几十厘米而不是几公里。

等离子体波通常是由一束激光脉冲或兴奋的本身。事实上,它可以塑造电子束电流在这样如何一个光束激发波的一部分,然后加速第二个等效梁的一部分。这两种方法是探索之前,巨大的磁场强度,几乎像预测的那样,被证明。但之一失踪的成分来驱动费尔斯成功地使用这些束光束质量有关。具体来说,电子之间的能量差是超大的,因此所产生的排放辐射表现得好像随机分布的电子,而不是通过电子束缚在地区辐射波长的尺寸,这阳光放大大几个数量级。各种团队专注于寻找稳定可靠的条件充分加速度的一束单色恶魔放大。