Ultra parlak X-ışını kaynaklarını daha yaygın hale getirmek için bir adımda, Michigan Üniversitesi tarafından yönetilen uluslararası bir işbirliği-İngiltere’nin merkezi lazer tesisinde deneylerle-lazer benzeri X-ışını darbeleri üretmek için devam edebilen elektron darbelerinin temel yönlerine sahip.
Bu röntgen darbeleri, araştırmacıların moleküllerin ayrıntılı olarak davranma şeklini ölçmelerini sağlayarak kimya, biyoloji, malzeme bilimi ve fizik ilerletme potansiyeline sahiptir. Teknik, yumuşak dokuları ve organları görüntülemek için klinik tıpta da yararlı olabilir.
Nabızlar çok kısa, bir saniyenin (femtosaniye) uzunluğunda iki katlı olduğundan, proteinler gibi daha büyük biyomoleküller de dahil olmak üzere atomların ve moleküllerin koreografisini ortaya çıkararak kimyasal reaksiyonların anlık görüntülerini alabilirler. Bu çalışmalar hem temel araştırmalar için, kuantum mekaniğine ve ilaç keşfi gibi kimyanın uygulamaları için değerlidir.
“Lazer-plazma hızlandırıcılarının bir masa üstü büyüklüğüne göre xfelleri küçülebileceğini ve XFEL kaynaklarına erişimi önemli ölçüde artırabileceğini umuyoruz, ancak bir engel ışın kalitesidir. Bu yeni teşhis, ürettiğimiz kirişlerin daha önce düşündüğünden çok daha iyi kaliteye sahip olduğunu gösteriyor.” Fiziksel inceleme x.
Thomas’a göre, yoğun X-ışınları üretmek için kullanılan elektron darbeleri, yüzlerce metre uzunluğunda, ABD’de sadece bir laboratuvarda ve beş tane daha dağılmış olan hızlandırıcılarda geleneksel olarak üretiliyor. Ancak, güçlü lazer darbeleri ile elektronları hızlandırmanın bir yolu, daha düşük maliyetli, ticari olarak temin edilebilen parçaları kullanarak tekniği daha erişilebilir hale getirebilir ve daha küçük bir laboratuvar ayak izi gerektirir.
Yeni yaklaşım, bir gaz bulutu ile femtosaniye ölçekli bir lazer darbesi çalıştırıyor. Işık elektronları gazdaki atomlardan çıkarır ve bu elektronların bazıları, lazer wakefield hızlanması olarak bilinen bir fenomen olan lazer darbesinin ardından çekilir. Bu elektron ışınının özellikleri, üretebileceği X-ışını darbesinin özelliklerini belirler. Örneğin, yumuşak dokuları görüntülemek için iyi olan lazer benzeri X-ışını darbelerini üretmek için elektronların nabız içindeki demetlerle birlikte toplanması gerekir.
Uluslararası ekip, nabızdaki elektronları haritalamak için, nereye gittikleri ve ne kadar hızlı hareket ettikleri bir yöntem gösterdi. Özellikle, ışını dilimlere bölebilir ve bu dilimlerdeki enerji dağılımlarını anlayabilirler.
Nükleer Mühendislik ve Radyolojik Bilimler Araştırma Bilimcisi Yardımcısı Yong Ma, “Yöntemimizin çözünürlüğü, zaman içinde, son teknoloji ürünü geleneksel radyo frekansı hızlandırıcılarında bulunan teşhislerden daha iyi olan yaklaşık bir femtosaniye.” Dedi.
Ekip, Didcot, İngiltere’deki İkizler Lazeri Üzerine Bir Deneyle bu çözünürlüğü nasıl elde edeceğini çalıştı ve elektron ışınındaki elektronları hızlandırmak için kullanılan lazer ışığındaki dalga paterni, öngörülebilir bir dalga paterni oluşturdu. Bununla birlikte, her elektronun momentumu beklenen desenden sapmalar yaratır ve ekip, elektron ışınının niteliklerini yeniden yapılandırmak için bu sapmaları okuyabildi.
Işını bir ekrana saptırarak, elektronları enerjiye göre ayırarak ve her elektronun vurduğu açıyı ölçerek ölçtüler. Bu, kirişteki orijinal konumuna geri dönerken her elektronun momentumunu verdi. Ekip daha sonra bu verileri alabilecek ve orijinal nabzın ayrıntılarını yeniden yapılandırabilecek bir makine öğrenme algoritması oluşturdu.
Bu bilgiler, gelecekteki kompakt X-ışını tesislerinde elektron ışınlarının özelliklerini ayarlamak için kullanılabilir. Lazer darbeleri tarafından üretilen elektron kirişlerinin nasıl ölçüleceğini keşfetmeye devam etmek için, ekip, ABD NSF ile ortak olan Czechia’daki Avrupa’nın aşırı ışık altyapısı (Eli) ışın çizgilerinde planlanan yaklaşan bir deney var. Ayrıca yeni tekniği UM’de bulunan ABD’deki en yüksek güçlü lazer olan Zeus’ta kullanmayı planlıyorlar.
