Рентгенов лазер дефиниция на рентгенов лазер и синоними на рентгенов лазер (английски)
От Уикипедия, свободната енциклопедия
За разлика от газовите, течните или твърдотелни лазери, където електроните се възбуждат в свързани атомни или молекулни състояния, XFEL излъчва радиация от лъч от свободни електрони, преминаващ през серия от специално подредени магнити -ондулатор(wiggler), който кара лъча да се движи по синусоидална траектория, губейки енергия, която се преобразува в поток от фотони. Освен това лазерният лъч, както при другите лазери, се събира и усилва от система от огледала, монтирани в краищата на вълнообразния механизъм. В резултат на това се получават меки рентгенови лъчи, които се използват за изследване на наноструктури.
Чрез промяна на енергията на електронния лъч, както и на параметрите на ондулатора (силата на магнитното поле и разстоянието между магнитите), е възможно да се промени честотата на лазерното лъчение, произведено от XFEL в широк диапазон - това е основната разлика между XFEL и лазерите на други системи. XFEL лъчението се използва за изследване на нанометрови структури - има опит в изобразяването на частици с размер до 100 нанометра (този резултат е постигнат с помощта на рентгенова микроскопия с разделителна способност около 5 nm [1] ). Самата технология на такъв лазер е разработена през 80-те години на миналия век в Новосибирския институт по ядрена физика.
Съдържание
Получаване на рентгеново лазерно лъчение
Wiggler е магнит, който създава силно напречно (обикновено вертикално) променливо магнитно поле. Може да се разглежда като последователност от къси диполни магнити, полярността на всеки от които е противоположна на предишната. Виглерът е инсталиран в праволинейната междина на електронния синхротрон и ултрарелативистичният лъчпреминава в него по криволичеща траектория, близка до синусоида, излъчвайки фотони в тесен конус по оста на лъча. Типичният обхват на дължината на вълната на синхротронното лъчение, генерирано от виглер, е от твърди ултравиолетови до меки рентгенови лъчи, въпреки че има виглери с генерирани фотонни енергии до няколко MeV.
Виглер, поставен в резонатор (например две коаксиални огледала) е най-простият модел на лазер на свободни електрони. Магнитите, от които е сглобен wiggler, могат да бъдат обикновени електромагнити, свръхпроводящи или постоянни. Типичното магнитно поле на wiggler е до 10 тесла. Мощността на полученото синхротронно лъчение - до стотици kW - зависи както от тока на лъча, така и от полето, както и от броя на полюсите на виглер (от три до няколко десетки).
В момента рентгеновият лазер изисква използването на електронни ускорители с вградена защита (тъй като ускорените електрони представляват значителна радиационна опасност). Тези ускорители обикновено включват клистрони, които изискват връзка с високо напрежение. Самият електронен лъч обикновено се поддържа във вакуум, което изисква използването на множество помпи по пътя на лъча.
Приложение
Използва се за кристалография и изследване на структурата на атомите и молекулите.
Рентгеновите лазери, включително XFEL, са способни да произвеждат "меки" рентгенови лъчи с дължина, която се използва в медицински приложения. Той дори не може да проникне през лист хартия, но е идеален за изследване на йонизирани газове с висока енергийна плътност (колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-дълбоко лъчът прониква в плътната плазма) и за изследване на нови и съществуващи материали.
перспективи
Рентгеновата микроскопия продължава да се подобрява, доближавайки разделителната способност от 1ангстрьом (0,1 nm) и отваряне на възможности за изобразяване на атоми и молекулярни структури. Ще се използва и за медицински цели.
Постоянното намаляване на размера на инсталациите, намаляването на разходите им, производството на настолни рентгенови лазери ще стане познат инструмент в изследователските лаборатории по физика на плазмата, тъй като има почти всичко, от което се нуждаете: ниска консумация на енергия, повтарящ се изстрел на всеки 4 минути и малка дължина на вълната. Тяхната адаптивност ги прави силно желани в много области, включително областта на медицинската диагностика и неразрушителните изследвания и др. [2]
Близо до Хамбург (Германия) в момента се изгражда най-големият рентгенов лазер в света, Германия, Франция и България участват в този проект. Стойността на проекта надхвърля 1 милиард евро. [3]