Rendgenski laser koji emitira najsnažniji puls ikada!

Nedavno su znanstvenici iz Nacionalnog akceleratorskog laboratorija SLAC napravili veliki napredak u području znanstvenog istraživanja. Iskoristili su postrojenje Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II) u Kaliforniji za uspješno lansiranje najsnažnijeg rendgenskog pulsa do sada.
Trajanje ovog pulsa bilo je tako kratko da je u samo 4,4 bilijuntinke sekunde (atosekunde) proizveo gotovo 1 teravat energije - 1,000 puta više od prosječne godišnje proizvodnje električne energije nuklearne elektrane .
LCLS-II je nadograđena verzija Linear Coherent Light Source, smještenog u Nacionalnom akceleratorskom laboratoriju SLAC Ministarstva energetike SAD-a, u blizini Sveučilišta Stanford u Menlo Parku, Kalifornija. Uređaj koristi lasersku tehnologiju slobodnih elektrona za ubrzavanje snopa elektrone pribliziti brzini svjetlosti i oscilirati snop kroz niz magnetskih polja za emitiranje intenzivnih X-zraka. Ove X-zrake mogu se koristiti za slikanje sićušnih objekata, kao što su molekule, kako bi se promatrale interakcije između atoma unutar njih.
LCLS-II može emitirati do milijun rendgenskih impulsa u sekundi, 8000 puta više od ranijih LCLS lasera. Kada se kombinira povećana brzina pulsa s povećanim brojem elektrona po impulsu, novi uređaj je više od 10,000 puta svjetliji od svog prethodnika.
Naime, LCLS-II može emitirati do 1 milijun rendgenskih impulsa u sekundi, što je 8{4}}struko povećanje u odnosu na prethodni LCLS laser. U kombinaciji s povećanom brzinom pulsa i većim brojem elektrona po impulsu, novi uređaj je više od 10000 puta svjetliji od svog prethodnika. Osim toga, uređaj može proizvesti kratke impulse u rasponu od 10-50 femtosekundi, s trajanjem impulsa koji se proteže do 250 femtosekundi za niskoenergetske rendgenske zrake, a sposoban je čak stvoriti vrlo kratke impulse kraće od 10 femtosekundi.
S tako kratkim valnim duljinama, kratkim impulsima i brzim ponavljanjem lasera, znanstvenici mogu koristiti uređaj za promatranje odvijanja kemijskih reakcija. U biti, svaki puls može prikazati konfiguraciju atoma uključenih u reakciju, a te se slike zatim mogu povezati kako bi se stvorio učinak sličan molekularnom "filmu gline". U 2018., LCLS postrojenje uspješno je proizvelo film ljudskog vida i kemijskih procesa uključenih u fotosintezu u samo 1,000 femtosekundi.
LCLS-II ne samo da ima mogućnost snimanja sićušnih objekata, već ima i točnost do 1 angstroma (10^-10 metara). Ova će sposobnost omogućiti istraživačima da se udube u atomske procese u područjima od bioloških sustava do fotonapona i gorivih ćelija. U isto vrijeme, laserski uređaj će također pomoći znanstvenicima u daljnjem istraživanju fizikalnih fenomena kao što su supravodljivost, feroelektricitet i magnetizam.
Jedna od ključnih komponenti nadogradnje je ugradnja neke revolucionarne tehnologije. Dok su ranije papučice gasa radile na sobnoj temperaturi, nadograđeni LCLS-II koristi sklop supravodljive plinske papučice, koji mu omogućuje rad na temperaturama niskim kao što je blizu apsolutne nule (-456 stupnjeva F ili -271 stupnjeva). ) LCLS-II također ima bolje magnete za ljuljanje elektronske zrake.
Iako je LCLS-II tek počeo s radom, uspjeh ranih LCLS papučica za gas dao je istraživačima razloga za optimizam. više od 3,000 znanstvenika koristilo je postrojenje, objavivši više od 1450 radova. Buduće primjene ovog snažnog emitera rendgenskih impulsa obećavaju i očekuje se da će donijeti nove uvide i otkrića u području znanstvenog istraživanja.