Leza ya mapigo ya X-ray ya daraja la TW attosecond
X-ray ya Attosecondleza ya mapigozenye nguvu ya juu na muda mfupi wa mapigo ya moyo ndio ufunguo wa kufikia spectroscopy isiyo ya mstari yenye kasi ya juu na upigaji picha wa X-ray diffraction. Timu ya utafiti nchini Marekani ilitumia msururu wa hatua mbiliLeza za elektroni zisizo na X-raykutoa mapigo ya attosecond tofauti. Ikilinganishwa na ripoti zilizopo, wastani wa nguvu ya kilele cha mapigo huongezeka kwa mpangilio wa ukubwa, nguvu ya kilele cha juu ni 1.1 TW, na nishati ya wastani ni zaidi ya 100 μJ. Utafiti huo pia hutoa ushahidi thabiti wa tabia ya mionzi ya juu kama solitoni katika uwanja wa X-ray.Leza zenye nishati nyingiimeendesha maeneo mengi mapya ya utafiti, ikiwa ni pamoja na fizikia ya uwanja wa juu, spektroskopia ya attosecond, na viongeza kasi vya chembe za leza. Miongoni mwa aina zote za leza, miale ya X hutumika sana katika utambuzi wa kimatibabu, kugundua dosari za viwandani, ukaguzi wa usalama na utafiti wa kisayansi. Leza ya elektroni huru ya X-ray (XFEL) inaweza kuongeza nguvu ya X-ray ya kilele kwa amri kadhaa za ukubwa ikilinganishwa na teknolojia zingine za uzalishaji wa X-ray, hivyo kupanua utumiaji wa miale ya X kwenye uwanja wa spektroskopia isiyo ya mstari na upigaji picha wa mtawanyiko wa chembe moja ambapo nguvu kubwa inahitajika. XFEL ya attosecond iliyofanikiwa hivi karibuni ni mafanikio makubwa katika sayansi na teknolojia ya attosecond, ikiongeza nguvu ya kilele inayopatikana kwa amri zaidi ya sita za ukubwa ikilinganishwa na vyanzo vya X-ray vya benchtop.
Leza za elektroni za bureinaweza kupata nishati ya mapigo kwa mpangilio mwingi wa ukubwa wa juu kuliko kiwango cha utoaji wa hiari kwa kutumia kutokuwa na utulivu wa pamoja, ambao husababishwa na mwingiliano endelevu wa uwanja wa mionzi katika boriti ya elektroni inayohusiana na oscillator ya sumaku. Katika safu ngumu ya X-ray (karibu urefu wa 0.01 nm hadi 0.1 nm), FEL inafikiwa kwa mbinu za kubana bundle na mbinu za kuweka baada ya kujaa. Katika safu laini ya X-ray (karibu urefu wa 0.1 nm hadi 10 nm), FEL inatekelezwa kwa teknolojia ya kuteleza kwa vipande vipya. Hivi majuzi, mapigo ya attosecond yenye nguvu ya kilele cha 100 GW yameripotiwa kuzalishwa kwa kutumia mbinu ya utoaji wa hiari ulioimarishwa unaojiongeza (ESASE).
Timu ya utafiti ilitumia mfumo wa ukuzaji wa hatua mbili kulingana na XFEL ili kuongeza pato laini la mapigo ya X-ray attosecond kutoka kwa mshikamano wa linac.chanzo cha mwangakwa kiwango cha TW, mpangilio wa uboreshaji wa ukubwa ikilinganishwa na matokeo yaliyoripotiwa. Usanidi wa majaribio unaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kulingana na mbinu ya ESASE, kitoaji cha fotokathodi hubadilishwa ili kupata boriti ya elektroni yenye mwiba wa mkondo wa juu, na hutumika kutoa mapigo ya X-ray ya attosecond. Mpigo wa awali upo kwenye ukingo wa mbele wa mwiba wa boriti ya elektroni, kama inavyoonyeshwa kwenye kona ya juu kushoto ya Mchoro 1. Wakati XFEL inafikia kueneza, boriti ya elektroni hucheleweshwa ikilinganishwa na X-ray na compressor ya sumaku, na kisha mapigo huingiliana na boriti ya elektroni (kipande kipya) ambacho hakijabadilishwa na moduli ya ESASE au leza ya FEL. Hatimaye, kidhibiti cha pili cha sumaku hutumika kukuza zaidi miale ya X kupitia mwingiliano wa mapigo ya attosecond na kipande kipya.
Mchoro 1 Mchoro wa kifaa cha majaribio; Mchoro unaonyesha nafasi ya awamu ya longitudinal (mchoro wa nishati ya wakati wa elektroni, kijani), wasifu wa sasa (bluu), na mionzi inayozalishwa na ukuzaji wa mpangilio wa kwanza (zambarau). XTCAV, uwazi wa bendi ya X; cVMI, mfumo wa upigaji picha wa ramani ya haraka ya koaxial; FZP, spektromita ya sahani ya bendi ya Fresnel
Mapigo yote ya attosecond yamejengwa kutokana na kelele, kwa hivyo kila mapigo yana sifa tofauti za spektrali na kikoa cha muda, ambazo watafiti walichunguza kwa undani zaidi. Kwa upande wa spektrali, walitumia spektromita ya bamba la bendi ya Fresnel kupima spektrali za mapigo ya mtu binafsi kwa urefu tofauti sawa wa undulator, na waligundua kuwa spektra hizi zilidumisha umbo la mawimbi laini hata baada ya ukuzaji wa sekondari, ikionyesha kuwa mapigo yalibaki ya modal moja. Katika kikoa cha muda, pindo la pembe hupimwa na umbo la wimbi la kikoa cha muda la mapigo huainishwa. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, mapigo ya X-ray yameingiliana na mapigo ya leza ya infrared yenye mviringo. Elektroni za picha zilizochomwa na mapigo ya X-ray zitazalisha michirizi katika mwelekeo kinyume na uwezo wa vekta wa leza ya infrared. Kwa sababu uwanja wa umeme wa leza huzunguka kwa wakati, usambazaji wa kasi wa elektroni ya picha huamuliwa na wakati wa utoaji wa elektroni, na uhusiano kati ya hali ya angular ya wakati wa utoaji na usambazaji wa kasi wa elektroni ya picha umeanzishwa. Usambazaji wa kasi ya fotoelektroni hupimwa kwa kutumia spektromita ya upigaji picha wa ramani ya haraka ya koaxial. Kulingana na matokeo ya usambazaji na spektroli, umbo la wimbi la kikoa cha muda la mapigo ya attosecond linaweza kujengwa upya. Mchoro 2 (a) unaonyesha usambazaji wa muda wa mapigo, ukiwa na wastani wa 440 kama. Hatimaye, kigunduzi cha ufuatiliaji wa gesi kilitumika kupima nishati ya mapigo, na mpangilio wa kutawanya kati ya nguvu ya mapigo ya kilele na muda wa mapigo kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 (b) ulihesabiwa. Usanidi huo tatu unahusiana na hali tofauti za kuzingatia boriti ya elektroni, hali ya uundaji wa mawimbi na hali ya kuchelewa kwa compressor ya sumaku. Usanidi huo tatu ulitoa wastani wa nishati ya mapigo ya 150, 200, na 260 µJ, mtawalia, ukiwa na nguvu ya juu ya kilele ya 1.1 TW.
Mchoro 2. (a) Histogramu ya usambazaji wa urefu wa nusu Upana kamili (FWHM) Muda wa mapigo; (b) Mchoro wa mtawanyiko unaolingana na nguvu ya kilele na muda wa mapigo
Kwa kuongezea, utafiti huo pia uliona kwa mara ya kwanza jambo la utoaji wa mionzi kama solitoni katika bendi ya X-ray, ambayo huonekana kama kufupisha kwa mapigo mfululizo wakati wa ukuzaji. Husababishwa na mwingiliano mkubwa kati ya elektroni na mionzi, huku nishati ikihamishwa haraka kutoka elektroni hadi kichwani mwa mapigo ya X-ray na kurudi kwenye elektroni kutoka mkia wa mapigo. Kupitia utafiti wa kina wa jambo hili, inatarajiwa kwamba mapigo ya X-ray yenye muda mfupi na nguvu ya juu ya kilele yanaweza kugunduliwa zaidi kwa kupanua mchakato wa ukuzaji wa mionzi ya juu na kutumia fursa ya kufupisha mapigo katika hali kama solitoni.
Muda wa chapisho: Mei-27-2024