Rentgenový laser, který vydává nejvýkonnější puls všech dob!

Vědci z SLAC National Accelerator Laboratory nedávno učinili zásadní průlom na poli vědeckého výzkumu. Využili zařízení pro koherentní světelný zdroj s lineárním urychlovačem (LCLS-II) v Kalifornii k úspěšnému spuštění dosud nejvýkonnějšího rentgenového pulsu.
Doba trvání tohoto pulsu byla tak krátká, že za pouhých 4,4 biliontiny sekundy (attosekundy) vygeneroval téměř 1 terawatt energie - 1,000krát více než průměrná roční výroba energie v jaderné elektrárně .
LCLS-II je vylepšená verze lineárního koherentního světelného zdroje umístěného v národní laboratoři urychlovačů SLAC Ministerstva energetiky USA, v sousedství Stanfordské univerzity v Menlo Park v Kalifornii. Zařízení využívá laserovou technologii s volnými elektrony k urychlení paprsku elektrony na rychlost blízkou rychlosti světla a rozkmitají paprsek řadou magnetických polí, aby vyzařovaly intenzivní rentgenové záření. Tyto rentgenové paprsky lze použít k zobrazení malých objektů, jako jsou molekuly, k pozorování interakcí mezi atomy v nich.
LCLS-II dokáže vysílat až milion rentgenových pulsů za sekundu, což je 8,000krát více než dřívější lasery LCLS. Když se zkombinuje zvýšená frekvence pulzů se zvýšeným počtem elektronů na pulz, je nové zařízení více než 10,000krát jasnější než jeho předchůdce.
Pozoruhodné je, že LCLS-II dokáže vysílat až 1 milion rentgenových pulsů za sekundu, což je 8000-násobný nárůst oproti předchozímu laseru LCLS. V kombinaci se zvýšenou frekvencí pulzů a větším počtem elektronů na pulz je nové zařízení více než 10,000krát jasnější než jeho předchůdce. Kromě toho může zařízení produkovat krátké pulsy v rozsahu od 10-50 femtosekund, s trváním pulsů až 250 femtosekund pro nízkoenergetické rentgenové záření a je dokonce schopno vytvářet velmi krátké pulsy kratší než 10 femtosekund.
S tak krátkými vlnovými délkami, krátkými pulzy a rychlým opakováním laserů mohou vědci používat zařízení ke sledování chemických reakcí. V podstatě každý puls dokáže zobrazit konfiguraci atomů zapojených do reakce a tyto obrázky lze poté spojit dohromady a vytvořit efekt podobný molekulárnímu „filmu z jílu“. V roce 2018 zařízení LCLS úspěšně vyrobilo film lidského vidění a chemických procesů spojených s fotosyntézou za pouhou 1,000 femtosekundu.
LCLS-II má nejen schopnost zobrazovat drobné objekty, ale má také přesnost až 1 angstrom (10^-10 metrů). Tato schopnost umožní výzkumníkům ponořit se do atomových procesů v oblastech od biologických systémů po fotovoltaiku a palivové články. Laserové zařízení zároveň pomůže vědcům dále zkoumat fyzikální jevy, jako je supravodivost, feroelektřina a magnetismus.
Jednou z klíčových součástí upgradu je instalace nějaké revoluční technologie. Zatímco dřívější plynové pedály fungovaly při pokojové teplotě, vylepšený LCLS-II používá supravodivou sestavu plynového pedálu, která umožňuje provoz při teplotách blízkých absolutní nule (-456 stupňů F nebo -271 stupňů ). ) LCLS-II má také lepší magnety pro otáčení elektronového paprsku.
Přestože LCLS-II právě zahájil provoz, úspěch prvních plynových pedálů LCLS dal výzkumníkům důvod k optimismu. zařízení využili více než 3000 vědci, kteří publikovali více než 1 450 článků. Budoucí aplikace tohoto výkonného rentgenového pulzního zářiče jsou slibné a očekává se, že přinesou nové poznatky a průlomy do oblasti vědeckého výzkumu.