Metode injeksi 'Trojan horse' memungkinkan laser elektron bebas sinar-X ultrakompak

X-ray free-electron lasers (XFELs) digunakan untuk menciptakan kondisi materi yang ekstrem, memungkinkan penelitian mendasar di berbagai bidang seperti ilmu material, penelitian materi padat panas, dan pengembangan obat. Saat ini, laser semacam itu adalah raksasa, membutuhkan pengaturan skala kilometer dengan biaya miliaran. Peneliti di Universitas Strathclyde di Inggris kini telah mengajukan cetak biru baru untuk miniatur XFEL berdasarkan plasma wakefield accelerator (PWFA). Perangkat, yang ukurannya hanya beberapa meter, dapat menandai munculnya XFEL ultracompact generasi berikutnya, kata mereka.

“FEL berisi berkas elektron relativistik yang berayun pada jalur sinusoidal di dalam 'undulator' dengan medan magnet bolak-balik,” jelas peneliti utama Fahim Habib. "Sebagai hasil dari gerakan bergoyang, berkas elektron memancarkan semburan foton dan efek umpan balik positif menyusun berkas elektron menjadi kumpulan mikro pada panjang gelombang radiasi."

Hasil dari pengelompokan ini adalah bahwa kekuatan radiasi tumbuh secara eksponensial di sepanjang undulator dan menjadi sangat koheren. Namun, efek pengaturan diri ini hanya dapat terjadi jika pancaran elektron berkualitas tinggi pada energi relativistik. Kualitas sinar tinggi seperti itu dicapai hari ini dengan menggunakan akselerator linier (linacs), yang membuat panjang XFEL berkilo-kilometer.

Akselerator berbasis plasma

Akselerator berbasis plasma dapat menghasilkan pancaran multi-gigaelectronvolt (GeV) pada jarak yang jauh lebih pendek, hanya beberapa sentimeter, dengan kualitas pancaran mendekati yang diperlukan untuk XFEL. Habib dan rekannya sekarang telah menunjukkan bahwa berkas elektron dari fotokatoda plasma mungkin jauh lebih terang daripada yang diproduksi di linac dan dapat diproduksi di PWFA.

Akselerator Wakefield beroperasi dengan menembakkan sinar padat partikel bermuatan seperti elektron ke dalam plasma stasioner (pada dasarnya gas partikel terionisasi). Berkas elektron memisahkan muatan negatif (elektron) dari ion latar stasioner di target menciptakan gelombang plasma trailing pendek. Medan listrik yang terkait dengan gelombang plasma ini mempercepat partikel bermuatan yang mengikuti jejaknya, dari situlah istilah medan bangun berasal. Jika kumpulan partikel bermuatan yang tertinggal diatur waktunya dengan benar, ia dapat menjelajahi gelombang ini dan dipercepat secara tajam – menjadi energi kinetik GeV dalam jarak hanya beberapa sentimeter. Namun, kualitas pancaran jauh dari yang dibutuhkan untuk XFEL

PWFA canggih yang dikembangkan oleh Habib dan rekannya dilengkapi dengan metode injeksi elektron baru yang disebut plasma photocathode (alias "Trojan horse") dan dapat menghasilkan berkas elektron 100,000 kali lebih terang daripada yang ada di linac berkat distribusi penyebaran momentum berkas yang rendah.

Seluruh sistem hanya berukuran beberapa meter

Dalam pekerjaan mereka, yang dirinci dalam Alam Komunikasi, para peneliti mempelajari cara mengekstraksi, mengangkut, mengisolasi, dan menyuntikkan berkas elektron ultrahigh-brightness dari photocathode plasma PWFA ke dalam undulator tanpa kehilangan muatan dan kualitas. “Berfokus pada undulator, berkas elektron berkualitas sangat tinggi menghasilkan pulsa foton koheren yang kuat pada panjang gelombang Angstrom dengan durasi pulsa pada tingkat attosecond,” jelas Habib. “Bagian yang menarik adalah bahwa keseluruhan sistem hanya berukuran beberapa meter dibandingkan dengan mesin XFEL berukuran kilometer yang canggih.”

Inggris memulai pekerjaan desain untuk laser elektron bebas sinar-X

“Meskipun masih banyak pekerjaan di depan, hasil kami adalah tonggak pertama menuju XFEL ultrakompak generasi berikutnya. Visi kami adalah memajukan teknologi ini menjadi alat standar untuk laboratorium tingkat universitas atau bahkan rumah sakit, ”kata Habib Dunia Fisika.

“Bukti eksperimental pertama untuk injeksi fotokatoda plasma di PWFA diperoleh di kuda Troya kami kolaborasi di fasilitas SLAC FACET mitra strategis kami di Stanford,” tambah pemimpin tim Bernhard Hidding. “Sekarang, dengan program kami di fasilitas penerus, SLAC FASE-II, kami bertujuan untuk mengeksploitasi potensi sebenarnya dari skema dalam hal kualitas dan stabilitas balok.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/trojan-horse-injection-method-enables-ultracompact-x-ray-free-electron-laser/