Основной принцип лазерного ускорения кажется довольно простым: связанный, ультрасильный лазерный луч поражает след газа, который немедленно создает плазму – ионизированное состояние вещества или, другими словами, кружащееся соединение заряженных частиц. Власть светового импульса отодвигает электроны от их родительских ионов, создавая своего рода подобную пузырю структуру с сильным электрическим полем в плазме. Эта область, которую лазерный пульс тянет позади себя как строгая волна, заманивает электроны в ловушку, ускоряя их к почти скорости света. «Эти быстрые частицы позволяют нам производить рентген», объясняет доктор Ари Ирмен от Института HZDR Радиационной Физики цель процедуры. «Например, когда мы заставляем эти электронные связки столкнуться с другим лазерным лучом, воздействие производит яркие, ультракороткие вспышки рентгена – очень ценный инструмент исследования для исследования чрезвычайных состояний вещества».Правильное время + правильное место = прекрасное ускорение
Сила вторичной радиации значительно зависит от электрического тока частиц. Ток, в свою очередь, главным образом определен количеством электронов, поданных в процесс. Приведенное в действие лазером ускорение поэтому поддерживает большой потенциал, потому что это достигает значительно более высокого пикового тока по сравнению с обычным методом.
Однако как физик Джурьен Питер Куперус указывает, так называемый эффект погрузки луча умирает: «Этот более высокий ток создает электрическую самообласть, достаточно сильную, чтобы нанести и нарушить управляемую лазером волну, искажая, таким образом, луч. Связка протянута и не ускорена правильно. У электронов поэтому есть различные энергии и качественные уровни».
Но чтобы использовать их в качестве инструмента для других экспериментов, у каждого луча должны быть те же самые параметры. «Электроны должны быть в правильном месте в нужное время», подводит итог Куперус, который является кандидатом доктора философии в команде Ирмена.Вместе с другими коллегами в HZDR эти два исследователя были первыми, чтобы продемонстрировать, как эффект погрузки луча может эксплуатироваться по улучшенному качеству луча.
Они добавляют немного азота к гелию, на который обычно направляется лазерный луч. «Мы можем управлять количеством электронов, которые мы подаем в процесс, изменяя концентрацию азота», объясняет Ирмен. «В наших экспериментах мы узнали, что условия идеальны в обвинении приблизительно 300 picocoulomb. Любое отклонение от нее – если мы добавляем больше или меньше электронов к волне – приводит к более широкому распространению энергии, которая ослабляет качество луча».Поскольку вычисления физиков показали, эксперименты под идеальным урожаем условий пиковый ток приблизительно 50 kiloamperes. «Чтобы поместить это в контекст, только приблизительно 0,6 kiloamperes текут через стандартную верхнюю линию для немецкого высокоскоростного поезда», объясняет Джурьен Питер Куперус.
Он уверен, что они могут побить свой собственный рекорд: «Используя наши результаты и лазерный пульс в диапазоне петаватта, которого может достигнуть наш ДРАКОН лазера высокой интенсивности, нам необходимо произвести высококачественный электронный луч с пиковым током 150 kiloamperes. Это превысило бы современные крупномасштабные акселераторы исследования приблизительно на два порядка величины».
Успех, которому верят исследователи из Дрездена, проложил бы путь к следующему поколению компактных радиационных источников.