تتيح طريقة الحقن "حصان طروادة" استخدام الليزر الإلكتروني الخالي من الأشعة السينية فائقة الصغر

تُستخدم أشعة الليزر الإلكترونية الخالية من الأشعة السينية (XFELs) لتهيئة ظروف المادة القصوى ، مما يتيح إجراء البحوث الأساسية في مجالات مثل علم المواد ، وبحوث المواد عالية الكثافة ، وتطوير الأدوية. في الوقت الحالي ، تعتبر مثل هذه الليزرات عملاقة ، تتطلب أجهزة بمقياس كيلومتر تكلف المليارات. الباحثون في جامعة ستراثكلايد في المملكة المتحدة قدم الآن مخططًا جديدًا لـ XFEL مصغرًا يعتمد على مسرع حقل ويك بلازما (PWFA). يمكن للجهاز ، الذي سيكون حجمه بضعة أمتار فقط ، أن يبشر بظهور الجيل التالي من XFELs فائقة الصغر ، كما يقولون.

يوضح الباحث الرئيسي: "تحتوي FELs على حزمة إلكترونية نسبية تتأرجح على مسار جيبي داخل" مموج "مع مجال مغناطيسي متناوب" فهيم حبيب. "نتيجة للحركة المتذبذبة ، تبعث حزمة الإلكترون رشقات من الفوتونات وتأثير ردود الفعل الإيجابية يبني شعاع الإلكترون في حزم صغيرة بطول موجة الإشعاع."

نتيجة هذا التجميع هي أن قوة الإشعاع تنمو بشكل كبير على طول المموج وتصبح متماسكة للغاية. ومع ذلك ، لا يمكن أن يحدث هذا التأثير الذاتي التنظيم إلا إذا كانت حزمة الإلكترون ذات جودة عالية في الطاقات النسبية. يتم تحقيق هذه الجودة العالية للشعاع اليوم باستخدام مسرعات خطية (linacs) ، والتي تجعل XFELs بطول كيلومترات.

مسرعات البلازما

يمكن للمسرعات التي تعتمد على البلازما أن تنتج حزمًا متعددة الجيجا إلكترون فولت (GeV) على مسافات أقصر بكثير ، لا تزيد عن سنتيمترات ، مع خصائص شعاع تقترب من تلك المطلوبة لـ XFELs. أظهر حبيب وزملاؤه الآن أن حزم الإلكترون من كاثودات البلازما الضوئية قد تكون أكثر سطوعًا من تلك التي يتم إنتاجها في ليناك ويمكن إنتاجها في PWFA.

تعمل مسرعات ويكفيلد عن طريق إطلاق حزمة كثيفة من الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات في بلازما ثابتة (أساسًا غاز من الجسيمات المتأينة). يفصل شعاع الإلكترون الشحنات السالبة (الإلكترونات) عن أيونات الخلفية الثابتة في الهدف مما يخلق موجة بلازما قصيرة. يسرع المجال الكهربائي المرتبط بموجة البلازما هذه الجسيمات المشحونة التي تتبع أثرها ، ومن هنا يأتي مصطلح حقل ويك. إذا تم توقيت مجموعة من الجسيمات المشحونة بشكل صحيح ، فيمكنها تصفح هذه الموجة وتسريعها بشكل حاد - إلى الطاقات الحركية لـ GeV على مسافات لا تزيد عن سنتيمترات قليلة. ومع ذلك ، فإن جودة الشعاع بعيدة عن تلك المطلوبة لـ XFELs

تم تجهيز PWFA المتقدمة التي طورها حبيب وزملاؤه بطريقة جديدة لحقن الإلكترون تسمى كاثود ضوئي للبلازما (المعروف أيضًا باسم "حصان طروادة") ويمكنه إنتاج حزم إلكترونية أكثر سطوعًا 100,000 مرة من تلك الموجودة في ليناك بفضل توزيع الزخم المنخفض للحزم.

يبلغ حجم النظام بأكمله بضعة أمتار فقط

في عملهم ، والذي تم تفصيله في طبيعة الاتصالات، درس الباحثون كيفية استخراج ونقل وعزل وحقن حزم الإلكترون فائقة السطوع من المسار الضوئي البلازمي PWFA إلى مموج دون فقدان الشحن والجودة. يشرح حبيب قائلاً: "تركز الحزمة الإلكترونية عالية الجودة ، التي تركز على مموج ، نبضات فوتون متماسكة قوية عند أطوال موجات أنجستروم أثناء الطيران مع مدة نبضة عند مستوى أتو ثانية". "الجزء المذهل هو أن حجم النظام بأكمله لا يتجاوز بضعة أمتار مقارنة بأحدث آلات XFEL بحجم كيلومتر."

المملكة المتحدة تبدأ أعمال التصميم الخاصة بليزر الإلكترون الخالي من الأشعة السينية

"في حين أن هناك الكثير من العمل في المستقبل ، فإن نتائجنا هي المراحل الأولى نحو الجيل التالي من XFELs فائقة الصغر. رؤيتنا هي تطوير هذه التكنولوجيا إلى أداة قياسية للمختبرات على مستوى الجامعة أو حتى المستشفيات ، كما يقول حبيب عالم الفيزياء.

"تم الحصول على أول دليل تجريبي لحقن الكاثود الضوئي بالبلازما في PWFA في حصان طروادة الخاص بنا للاتعاون في منشأة SLAC FACET التابعة لشريكنا الاستراتيجي في ستانفورد "، يضيف قائد الفريق برنارد هيدينغ. "الآن ، مع برنامجنا في المنشأة اللاحقة ، واجهة SLAC-II، نحن نهدف إلى استغلال الإمكانات الحقيقية للمخطط من حيث جودة الحزمة واستقرارها ".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/trojan-horse-injection-method-enables-ultracompact-x-ray-free-electron-laser/