TW வகுப்பு அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்-ரே பல்ஸ் லேசர்

TW வகுப்பு அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்-ரே பல்ஸ் லேசர்
அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்ரேதுடிப்பு லேசர்அதிக சக்தி மற்றும் குறுகிய துடிப்பு கால அளவு ஆகியவை அதிவேக நேரியல் அல்லாத நிறமாலையியல் மற்றும் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்பு இமேஜிங்கை அடைவதற்கு முக்கியமாகும். அமெரிக்காவில் உள்ள ஆராய்ச்சி குழு இரண்டு-நிலை அடுக்கைப் பயன்படுத்தியது.எக்ஸ்-கதிர் இல்லாத எலக்ட்ரான் லேசர்கள்தனித்தனி அட்டோசெகண்ட் துடிப்புகளை வெளியிடுவதற்கு. தற்போதுள்ள அறிக்கைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​துடிப்புகளின் சராசரி உச்ச சக்தி அளவு வரிசையில் அதிகரிக்கப்படுகிறது, அதிகபட்ச உச்ச சக்தி 1.1 TW ஆகும், மேலும் சராசரி ஆற்றல் 100 μJ க்கும் அதிகமாக உள்ளது. எக்ஸ்-கதிர் புலத்தில் சொலிடன் போன்ற சூப்பர் கதிர்வீச்சு நடத்தைக்கான வலுவான ஆதாரங்களையும் இந்த ஆய்வு வழங்குகிறது.உயர் ஆற்றல் லேசர்கள்உயர்-புல இயற்பியல், அட்டோசெகண்ட் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி மற்றும் லேசர் துகள் முடுக்கிகள் உள்ளிட்ட பல புதிய ஆராய்ச்சிப் பகுதிகளை இயக்கியுள்ளன. அனைத்து வகையான லேசர்களிலும், எக்ஸ்-கதிர்கள் மருத்துவ நோயறிதல், தொழில்துறை குறைபாடு கண்டறிதல், பாதுகாப்பு ஆய்வு மற்றும் அறிவியல் ஆராய்ச்சி ஆகியவற்றில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. எக்ஸ்-கதிர்கள் ஃப்ரீ-எலக்ட்ரான் லேசர் (XFEL) மற்ற எக்ஸ்-கதிர் உற்பத்தி தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பிடும்போது உச்ச எக்ஸ்-கதிர் சக்தியை பல அளவுகளில் அதிகரிக்க முடியும், இதனால் அதிக சக்தி தேவைப்படும் இடங்களில் நேரியல் அல்லாத நிறமாலை மற்றும் ஒற்றை-துகள் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் இமேஜிங் துறைக்கு எக்ஸ்-கதிர்களின் பயன்பாட்டை விரிவுபடுத்துகிறது. சமீபத்திய வெற்றிகரமான அட்டோசெகண்ட் XFEL அட்டோசெகண்ட் அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தில் ஒரு பெரிய சாதனையாகும், இது பெஞ்ச்டாப் எக்ஸ்-கதிர் மூலங்களுடன் ஒப்பிடும்போது கிடைக்கக்கூடிய உச்ச சக்தியை ஆறு ஆர்டர்களுக்கு மேல் அதிகரிக்கிறது.

இலவச எலக்ட்ரான் லேசர்கள்கூட்டு உறுதியற்ற தன்மையைப் பயன்படுத்தி தன்னிச்சையான உமிழ்வு அளவை விட பல அளவுகளில் துடிப்பு ஆற்றல்களைப் பெற முடியும், இது சார்பியல் எலக்ட்ரான் கற்றை மற்றும் காந்த ஆஸிலேட்டரில் கதிர்வீச்சு புலத்தின் தொடர்ச்சியான தொடர்பு காரணமாக ஏற்படுகிறது. கடின எக்ஸ்-கதிர் வரம்பில் (சுமார் 0.01 nm முதல் 0.1 nm அலைநீளம்), FEL மூட்டை சுருக்கம் மற்றும் பிந்தைய செறிவூட்டல் கோனிங் நுட்பங்கள் மூலம் அடையப்படுகிறது. மென்மையான எக்ஸ்-கதிர் வரம்பில் (சுமார் 0.1 nm முதல் 10 nm அலைநீளம்), FEL கேஸ்கேட் ஃப்ரெஷ்-ஸ்லைஸ் தொழில்நுட்பத்தால் செயல்படுத்தப்படுகிறது. சமீபத்தில், 100 GW உச்ச சக்தி கொண்ட அட்டோசெகண்ட் துடிப்புகள் மேம்படுத்தப்பட்ட சுய-பெருக்கப்பட்ட தன்னிச்சையான உமிழ்வு (ESASE) முறையைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படுவதாக அறிவிக்கப்பட்டுள்ளது.

லினாக் கோஹெரென்டிலிருந்து மென்மையான எக்ஸ்-ரே அட்டோசெகண்ட் துடிப்பு வெளியீட்டைப் பெருக்க, ஆராய்ச்சி குழு XFEL ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட இரண்டு-நிலை பெருக்க அமைப்பைப் பயன்படுத்தியது.ஒளி மூலம்TW நிலைக்கு, அறிக்கையிடப்பட்ட முடிவுகளை விட அளவு முன்னேற்றத்தின் வரிசை. சோதனை அமைப்பு படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. ESASE முறையின் அடிப்படையில், அதிக மின்னோட்ட ஸ்பைக் கொண்ட எலக்ட்ரான் கற்றையைப் பெற ஃபோட்டோகேத்தோட் உமிழ்ப்பான் மாற்றியமைக்கப்படுகிறது, மேலும் அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்-ரே துடிப்புகளை உருவாக்கப் பயன்படுகிறது. படம் 1 இன் மேல் இடது மூலையில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஆரம்ப துடிப்பு எலக்ட்ரான் கற்றையின் ஸ்பைக்கின் முன் விளிம்பில் அமைந்துள்ளது. XFEL செறிவூட்டலை அடையும் போது, ​​எலக்ட்ரான் கற்றை ஒரு காந்த அமுக்கி மூலம் எக்ஸ்-ரேயுடன் ஒப்பிடும்போது தாமதப்படுத்தப்படுகிறது, பின்னர் துடிப்பு ESASE பண்பேற்றம் அல்லது FEL லேசரால் மாற்றியமைக்கப்படாத எலக்ட்ரான் கற்றை (புதிய துண்டு) உடன் தொடர்பு கொள்கிறது. இறுதியாக, புதிய துண்டுடன் அட்டோசெகண்ட் துடிப்புகளின் தொடர்பு மூலம் எக்ஸ்-கதிர்களை மேலும் பெருக்க இரண்டாவது காந்த அலைநீளம் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

படம் 1 சோதனை சாதன வரைபடம்; விளக்கப்படம் நீளமான கட்ட இடம் (எலக்ட்ரானின் நேர-ஆற்றல் வரைபடம், பச்சை), தற்போதைய சுயவிவரம் (நீலம்) மற்றும் முதல்-வரிசை பெருக்கத்தால் உற்பத்தி செய்யப்படும் கதிர்வீச்சு (ஊதா) ஆகியவற்றைக் காட்டுகிறது. XTCAV, X-பேண்ட் குறுக்குவெட்டு குழி; cVMI, கோஆக்சியல் ரேபிட் மேப்பிங் இமேஜிங் சிஸ்டம்; FZP, ஃப்ரெஸ்னல் பேண்ட் பிளேட் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்

அனைத்து அட்டோசெகண்ட் துடிப்புகளும் இரைச்சலில் இருந்து உருவாக்கப்படுகின்றன, எனவே ஒவ்வொரு துடிப்பும் வெவ்வேறு நிறமாலை மற்றும் நேர-கள பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, ஆராய்ச்சியாளர்கள் இதை இன்னும் விரிவாக ஆராய்ந்தனர். நிறமாலையைப் பொறுத்தவரை, வெவ்வேறு சமமான அலைநீள நீளங்களில் தனிப்பட்ட துடிப்புகளின் நிறமாலையை அளவிட அவர்கள் ஃப்ரெஸ்னல் பேண்ட் பிளேட் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டரைப் பயன்படுத்தினர், மேலும் இந்த நிறமாலைகள் இரண்டாம் நிலை பெருக்கத்திற்குப் பிறகும் மென்மையான அலைவடிவங்களைப் பராமரிப்பதைக் கண்டறிந்தனர், இது துடிப்புகள் ஒரே மாதிரியாக இருப்பதைக் குறிக்கிறது. நேரக் களத்தில், கோண விளிம்பு அளவிடப்படுகிறது மற்றும் துடிப்பின் நேரக் கள அலைவடிவம் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, எக்ஸ்-கதிர் துடிப்பு வட்டமாக துருவப்படுத்தப்பட்ட அகச்சிவப்பு லேசர் துடிப்புடன் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளது. எக்ஸ்-கதிர் துடிப்பால் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்தங்கள் அகச்சிவப்பு லேசரின் திசையன் ஆற்றலுக்கு எதிர் திசையில் கோடுகளை உருவாக்கும். லேசரின் மின்சார புலம் நேரத்துடன் சுழல்வதால், ஒளிமின்னழுத்தத்தின் உந்த விநியோகம் எலக்ட்ரான் உமிழ்வின் நேரத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, மேலும் உமிழ்வு நேரத்தின் கோண முறைக்கும் ஒளிமின்னழுத்தத்தின் உந்த விநியோகத்திற்கும் இடையிலான உறவு நிறுவப்பட்டுள்ளது. ஒளிமின்னழுத்த உந்தத்தின் பரவல் ஒரு கோஆக்சியல் ஃபாஸ்ட் மேப்பிங் இமேஜிங் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டரைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்படுகிறது. பரவல் மற்றும் நிறமாலை முடிவுகளின் அடிப்படையில், அட்டோசெகண்ட் துடிப்புகளின் நேர-டொமைன் அலைவடிவத்தை மறுகட்டமைக்க முடியும். படம் 2 (அ) துடிப்பு காலத்தின் பரவலைக் காட்டுகிறது, சராசரி 440 ஆக உள்ளது. இறுதியாக, துடிப்பு ஆற்றலை அளவிட வாயு கண்காணிப்பு கண்டுபிடிப்பான் பயன்படுத்தப்பட்டது, மேலும் படம் 2 (ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி உச்ச துடிப்பு சக்திக்கும் துடிப்பு காலத்திற்கும் இடையிலான சிதறல் வரைபடம் கணக்கிடப்பட்டது. மூன்று உள்ளமைவுகளும் வெவ்வேறு எலக்ட்ரான் கற்றை கவனம் செலுத்தும் நிலைமைகள், அலை இணைப்பு நிலைமைகள் மற்றும் காந்த அமுக்கி தாமத நிலைமைகளுக்கு ஒத்திருக்கிறது. மூன்று உள்ளமைவுகளும் முறையே 150, 200 மற்றும் 260 µJ சராசரி துடிப்பு ஆற்றல்களை வழங்கின, அதிகபட்ச உச்ச சக்தி 1.1 TW.

படம் 2. (அ) அரை உயர முழு அகல (FWHM) துடிப்பு காலத்தின் பரவல் ஹிஸ்டோகிராம்; (ஆ) உச்ச சக்தி மற்றும் துடிப்பு கால அளவைப் பொறுத்து சிதறல் வரைபடம்

கூடுதலாக, இந்த ஆய்வு முதன்முறையாக எக்ஸ்-கதிர் பட்டையில் சொலிடன் போன்ற சூப்பர் எமிஷன் நிகழ்வையும் கவனித்தது, இது பெருக்கத்தின் போது தொடர்ச்சியான துடிப்பு சுருக்கமாகத் தோன்றுகிறது. இது எலக்ட்ரான்களுக்கும் கதிர்வீச்சுக்கும் இடையிலான வலுவான தொடர்புகளால் ஏற்படுகிறது, ஆற்றல் எலக்ட்ரானிலிருந்து எக்ஸ்-கதிர் துடிப்பின் தலைக்கும், துடிப்பின் வால் பகுதியிலிருந்து எலக்ட்ரானுக்கும் விரைவாக மாற்றப்படுகிறது. இந்த நிகழ்வின் ஆழமான ஆய்வின் மூலம், சூப்பர் கதிர்வீச்சு பெருக்க செயல்முறையை நீட்டிப்பதன் மூலமும், சொலிடன் போன்ற பயன்முறையில் துடிப்பு சுருக்கத்தைப் பயன்படுத்திக் கொள்வதன் மூலமும் குறுகிய கால அளவு மற்றும் அதிக உச்ச சக்தி கொண்ட எக்ஸ்-கதிர் துடிப்புகளை மேலும் உணர முடியும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.