TW வகுப்பு அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்-ரே துடிப்பு லேசர்

TW வகுப்பு அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்-ரே துடிப்பு லேசர்
அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்ரேதுடிப்பு லேசர்அதிக சக்தி மற்றும் குறுகிய துடிப்பு கால அளவு ஆகியவை அல்ட்ராஃபாஸ்ட் லீனியர் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி மற்றும் எக்ஸ்ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் இமேஜிங்கை அடைவதற்கு முக்கியமாகும். யுனைடெட் ஸ்டேட்ஸில் உள்ள ஆராய்ச்சி குழு இரண்டு-நிலைகளின் அடுக்கைப் பயன்படுத்தியதுஎக்ஸ்ரே இல்லாத எலக்ட்ரான் லேசர்கள்தனித்த அட்டோசெகண்ட் பருப்புகளை வெளியிடுவதற்கு. தற்போதுள்ள அறிக்கைகளுடன் ஒப்பிடுகையில், பருப்புகளின் சராசரி உச்ச சக்தி அளவு வரிசையால் அதிகரிக்கப்படுகிறது, அதிகபட்ச உச்ச சக்தி 1.1 TW ஆகும், மற்றும் சராசரி ஆற்றல் 100 μJ க்கும் அதிகமாக உள்ளது. எக்ஸ்ரே துறையில் சோலிடன் போன்ற சூப்பர் ரேடியேஷன் நடத்தைக்கான வலுவான ஆதாரத்தையும் இந்த ஆய்வு வழங்குகிறது.உயர் ஆற்றல் ஒளிக்கதிர்கள்உயர்-புல இயற்பியல், அட்டோசெகண்ட் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி மற்றும் லேசர் துகள் முடுக்கிகள் உட்பட பல புதிய ஆராய்ச்சிப் பகுதிகளை இயக்கியுள்ளன. அனைத்து வகையான லேசர்களிலும், எக்ஸ்-கதிர்கள் மருத்துவ நோயறிதல், தொழில்துறை குறைபாடு கண்டறிதல், பாதுகாப்பு ஆய்வு மற்றும் அறிவியல் ஆராய்ச்சி ஆகியவற்றில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. X-ray free-electron laser (XFEL) மற்ற X-ray தலைமுறை தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது உச்ச X-கதிர் சக்தியை பல ஆர்டர்களால் அதிகரிக்க முடியும், இதனால் X-கதிர்களின் பயன்பாடு நேரியல் அல்லாத நிறமாலை மற்றும் ஒற்றை- அதிக சக்தி தேவைப்படும் துகள் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் இமேஜிங். சமீபத்திய வெற்றிகரமான அட்டோசெகண்ட் XFEL ஆனது அட்டோசெகண்ட் அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு பெரிய சாதனையாகும், இது பெஞ்ச்டாப் எக்ஸ்-ரே மூலங்களுடன் ஒப்பிடும்போது கிடைக்கக்கூடிய உச்ச சக்தியை ஆறு ஆர்டர்களுக்கு மேல் அதிகரிக்கிறது.

இலவச எலக்ட்ரான் லேசர்கள்கூட்டு உறுதியற்ற தன்மையைப் பயன்படுத்தி தன்னிச்சையான உமிழ்வு அளவை விட அதிகமான துடிப்பு ஆற்றல்களைப் பெற முடியும், இது சார்பியல் எலக்ட்ரான் கற்றை மற்றும் காந்த ஆஸிலேட்டரில் கதிர்வீச்சு புலத்தின் தொடர்ச்சியான தொடர்புகளால் ஏற்படுகிறது. கடினமான எக்ஸ்ரே வரம்பில் (சுமார் 0.01 nm முதல் 0.1 nm அலைநீளம்), FEL ஆனது மூட்டை சுருக்கம் மற்றும் பிந்தைய செறிவூட்டல் கோனிங் நுட்பங்கள் மூலம் அடையப்படுகிறது. மென்மையான எக்ஸ்ரே வரம்பில் (சுமார் 0.1 nm முதல் 10 nm அலைநீளம்), FEL ஆனது கேஸ்கேட் ஃப்ரெஷ்-ஸ்லைஸ் தொழில்நுட்பத்தால் செயல்படுத்தப்படுகிறது. சமீபத்தில், 100 ஜிகாவாட் உச்ச சக்தி கொண்ட அட்டோசெகண்ட் பருப்பு வகைகள் மேம்படுத்தப்பட்ட சுய-பெருக்கி தன்னிச்சையான உமிழ்வு (ESASE) முறையைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படுவதாக தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது.

லினாக் கோஹெரண்டிலிருந்து மென்மையான எக்ஸ்ரே அட்டோசெகண்ட் துடிப்பு வெளியீட்டைப் பெருக்க XFEL அடிப்படையிலான இரண்டு-நிலை பெருக்க முறையை ஆராய்ச்சி குழு பயன்படுத்தியது.ஒளி மூலTW நிலைக்கு, அறிக்கையிடப்பட்ட முடிவுகளை விட அளவு முன்னேற்றத்தின் வரிசை. சோதனை அமைப்பு படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. ESASE முறையின் அடிப்படையில், ஃபோட்டோகேதோட் உமிழ்ப்பான் உயர் மின்னோட்ட ஸ்பைக் கொண்ட எலக்ட்ரான் கற்றையைப் பெற மாற்றியமைக்கப்படுகிறது, மேலும் அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்-ரே பருப்புகளை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது. படம் 1 இன் மேல் இடது மூலையில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, எலக்ட்ரான் கற்றையின் ஸ்பைக்கின் முன் விளிம்பில் ஆரம்பத் துடிப்பு அமைந்துள்ளது. XFEL செறிவூட்டலை அடையும் போது, ​​எலக்ட்ரான் கற்றை காந்த அமுக்கி மூலம் X-கதிர்க்கு ஒப்பிடும்போது தாமதமாகிறது, பின்னர் ESASE பண்பேற்றம் அல்லது FEL லேசர் மூலம் மாற்றியமைக்கப்படாத எலக்ட்ரான் கற்றை (புதிய துண்டு) உடன் துடிப்பு தொடர்பு கொள்கிறது. இறுதியாக, புதிய துண்டுடன் அட்டோசெகண்ட் பருப்புகளின் தொடர்பு மூலம் எக்ஸ்-கதிர்களை மேலும் பெருக்க இரண்டாவது காந்த அலைவரிசை பயன்படுத்தப்படுகிறது.

படம் 1 பரிசோதனை சாதன வரைபடம்; விளக்கப்படம் நீளமான கட்ட இடைவெளி (எலக்ட்ரானின் நேர-ஆற்றல் வரைபடம், பச்சை), தற்போதைய சுயவிவரம் (நீலம்) மற்றும் முதல்-வரிசை பெருக்கத்தால் (ஊதா) உற்பத்தி செய்யப்படும் கதிர்வீச்சைக் காட்டுகிறது. XTCAV, எக்ஸ்-பேண்ட் குறுக்கு குழி; cVMI, கோஆக்சியல் ரேபிட் மேப்பிங் இமேஜிங் சிஸ்டம்; FZP, ஃப்ரெஸ்னல் பேண்ட் பிளேட் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்

அனைத்து அட்டோசெகண்ட் பருப்புகளும் இரைச்சலில் இருந்து கட்டமைக்கப்படுகின்றன, எனவே ஒவ்வொரு துடிப்பும் வெவ்வேறு நிறமாலை மற்றும் நேர-டொமைன் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை ஆராய்ச்சியாளர்கள் இன்னும் விரிவாக ஆராய்ந்தனர். ஸ்பெக்ட்ராவைப் பொறுத்தவரை, அவர்கள் வெவ்வேறு சமமான அலைவரிசை நீளங்களில் தனிப்பட்ட பருப்புகளின் நிறமாலையை அளவிட ஃப்ரெஸ்னல் பேண்ட் பிளேட் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டரைப் பயன்படுத்தினர், மேலும் இந்த ஸ்பெக்ட்ரா இரண்டாம் நிலை பெருக்கத்திற்குப் பிறகும் மென்மையான அலைவடிவங்களை பராமரிப்பதைக் கண்டறிந்தது, இது பருப்பு வகைகள் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதைக் குறிக்கிறது. நேர களத்தில், கோண விளிம்பு அளவிடப்படுகிறது மற்றும் துடிப்பின் நேர டொமைன் அலைவடிவம் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, எக்ஸ்ரே துடிப்பு வட்டமாக துருவப்படுத்தப்பட்ட அகச்சிவப்பு லேசர் துடிப்புடன் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளது. எக்ஸ்ரே துடிப்பு மூலம் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட ஒளிமின்னணுக்கள் அகச்சிவப்பு லேசரின் திசையன் திறனுக்கு எதிர் திசையில் கோடுகளை உருவாக்கும். லேசரின் மின்சார புலம் நேரத்துடன் சுழல்வதால், ஒளிமின்னழுத்தத்தின் வேக விநியோகம் எலக்ட்ரான் உமிழ்வின் நேரத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, மேலும் உமிழ்வு நேரத்தின் கோண முறைக்கும் ஒளிமின்னழுத்தத்தின் வேக விநியோகத்திற்கும் இடையிலான உறவு நிறுவப்பட்டது. ஒளிமின்னழுத்த வேகத்தின் விநியோகம் ஒரு கோஆக்சியல் ஃபாஸ்ட் மேப்பிங் இமேஜிங் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டரைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்படுகிறது. விநியோகம் மற்றும் நிறமாலை முடிவுகளின் அடிப்படையில், அட்டோசெகண்ட் பருப்புகளின் நேர-டொமைன் அலைவடிவத்தை மறுகட்டமைக்க முடியும். படம் 2 (அ) துடிப்பு காலத்தின் விநியோகத்தைக் காட்டுகிறது, சராசரி 440 ஆக உள்ளது. இறுதியாக, வாயு கண்காணிப்பு டிடெக்டர் துடிப்பு ஆற்றலை அளவிட பயன்படுத்தப்பட்டது, மேலும் படம் 2 (பி) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி உச்ச துடிப்பு சக்தி மற்றும் துடிப்பு காலத்திற்கு இடையேயான சிதறல் சதி கணக்கிடப்பட்டது. மூன்று உள்ளமைவுகளும் வெவ்வேறு எலக்ட்ரான் கற்றை கவனம் செலுத்தும் நிலைகள், வேவர் கூனிங் நிலைகள் மற்றும் காந்த அமுக்கி தாமத நிலைமைகளுக்கு ஒத்திருக்கும். மூன்று உள்ளமைவுகளும் முறையே 150, 200 மற்றும் 260 µJ இன் சராசரி துடிப்பு ஆற்றல்களை அளித்தன, அதிகபட்ச உச்ச சக்தி 1.1 TW.

படம் 2. (அ) அரை-உயரம் முழு அகலம் (FWHM) துடிப்பு காலத்தின் விநியோக வரைபடம்; (ஆ) உச்ச சக்தி மற்றும் துடிப்பு காலத்துடன் தொடர்புடைய சிதறல் சதி

கூடுதலாக, எக்ஸ்ரே பேண்டில் உள்ள சொலிட்டன் போன்ற சூப்பர் எமிஷன் நிகழ்வையும் ஆய்வு முதன்முறையாகக் கண்டறிந்தது, இது பெருக்கத்தின் போது தொடர்ச்சியான துடிப்பு சுருக்கமாகத் தோன்றுகிறது. இது எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் கதிர்வீச்சுக்கு இடையேயான வலுவான தொடர்புகளால் ஏற்படுகிறது, ஆற்றல் எலக்ட்ரானிலிருந்து எக்ஸ்ரே துடிப்பின் தலைக்கும், துடிப்பின் வால் பகுதியிலிருந்து எலக்ட்ரானுக்கும் விரைவாக மாற்றப்படுகிறது. இந்த நிகழ்வின் ஆழமான ஆய்வின் மூலம், அதி கதிர்வீச்சு பெருக்க செயல்முறையை விரிவுபடுத்துவதன் மூலமும், சொலிடன் போன்ற முறையில் துடிப்பு சுருக்கத்தை பயன்படுத்திக் கொள்வதன் மூலமும் குறுகிய கால மற்றும் அதிக உச்ச சக்தி கொண்ட எக்ஸ்ரே பருப்புகளை மேலும் உணர முடியும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.