Создан источник мульти-МэВных гамма-фотонов с рекордной пиковой яркостью
Ещё один рекорд побит лазерами сверхвысокой пиковой мощности. На этот раз в области создания источников высокоэнергичных гамма-фотонов. На основе лазера Astra Gemini, расположенного в Резерфордовской лаборатории, продемонстрирована генерация гамма-излучения в диапазоне от 6 до 16-18 МэВ с рекордной яркостью, превышающей 1020 фотонов в секунду на квадратный миллиметр в квадратный миллирадиан на 0,1% ширины спектра (это такая стандартная единица измерения для синхротронных источников излучения).
Измеренный спектр гамма-фотонов (зелёный) и теоретические кривые (красный) для линейного обратного комптоновского эффекта (пунктир) и нелинейного с множителем 2 (сплошная).
Сравнение с другими источниками рентгеновского и гамма-излучения. В мульти-МэВном диапазоне конкурентов нет. Большую яркость имеют только бетатронные источники и лазеры на свободных электронах в диапазоне десятков кэВ.
Для генерации гамма-излучения была использована довольно сложная технически, но относительно простая концептуально схема с двумя лазерными импульсами. Один импульс ускорял электроны до энергии порядка 500 МэВ, а второй рассеивался на этих электронах. В результате обратного комптоновского эффекта энергия рассеянных фотонов оказывалась в области нескольких МэВ.
Схема экспериментальной установки. Driver ускоряет электроны в газовой ячейке (gas cell), Wiggler - рассеиваемый лазерный импульс, остальное - это система диагностики электронного пучка и гамма-фотонов.
Характерный спектр ускоренных электронов (синий), пунктир - это аппроксимация этого спектра, которая использовалась при теоретических оценках.
Главной особенностью процесса рассеяния был его нелинейный характер. То есть одновременно на электроне рассеивался не один фотон, а несколько, что пропорционально увеличивает энергию генерируемых гамма-фотонов. Ранее была всего одна работа, в которой наблюдалось нелинейное комптоновское рассеяние. Её отличие, правда, заключалось в том, что для ускорения электронов и рассеяния использовался один и тот же лазерный импульс (который после завершения ускорения просто отражался назад на ускоренный им же электронный пучок). Интересно, что эта схема впервые, видимо, была предложена теоретически в нашей работе, опубликованный в Успехах физических наук, но поскольку это обзор, а выпустить отдельную статью по этому поводу руки у нас так и не дошли, об этом мало кто знает.
P. S. Очень хочектся написать подробнее на «Элементах», но катастрофически не хватает время. Даже уже практически написанный текст об ускорении электронов на SLAC никак не могу довести до ума.
Измеренный спектр гамма-фотонов (зелёный) и теоретические кривые (красный) для линейного обратного комптоновского эффекта (пунктир) и нелинейного с множителем 2 (сплошная).
Сравнение с другими источниками рентгеновского и гамма-излучения. В мульти-МэВном диапазоне конкурентов нет. Большую яркость имеют только бетатронные источники и лазеры на свободных электронах в диапазоне десятков кэВ.
Для генерации гамма-излучения была использована довольно сложная технически, но относительно простая концептуально схема с двумя лазерными импульсами. Один импульс ускорял электроны до энергии порядка 500 МэВ, а второй рассеивался на этих электронах. В результате обратного комптоновского эффекта энергия рассеянных фотонов оказывалась в области нескольких МэВ.
Схема экспериментальной установки. Driver ускоряет электроны в газовой ячейке (gas cell), Wiggler - рассеиваемый лазерный импульс, остальное - это система диагностики электронного пучка и гамма-фотонов.
Характерный спектр ускоренных электронов (синий), пунктир - это аппроксимация этого спектра, которая использовалась при теоретических оценках.
Главной особенностью процесса рассеяния был его нелинейный характер. То есть одновременно на электроне рассеивался не один фотон, а несколько, что пропорционально увеличивает энергию генерируемых гамма-фотонов. Ранее была всего одна работа, в которой наблюдалось нелинейное комптоновское рассеяние. Её отличие, правда, заключалось в том, что для ускорения электронов и рассеяния использовался один и тот же лазерный импульс (который после завершения ускорения просто отражался назад на ускоренный им же электронный пучок). Интересно, что эта схема впервые, видимо, была предложена теоретически в нашей работе, опубликованный в Успехах физических наук, но поскольку это обзор, а выпустить отдельную статью по этому поводу руки у нас так и не дошли, об этом мало кто знает.
P. S. Очень хочектся написать подробнее на «Элементах», но катастрофически не хватает время. Даже уже практически написанный текст об ускорении электронов на SLAC никак не могу довести до ума.