Исследователи из Сколтеха и ведущих международных организаций нашли способ значительно увеличить мощность рентгеновских лазеров. Они разработали инновационный метод "накачки" подобных устройств, детали которого опубликованы в авторитетном журнале Physical Review Letters.
Ценность рентгеновских лазеров
Рентгеновские лазеры и гамма-излучатели сегодня — незаменимые инструменты в науке. Они позволяют получать "атомные" изображения биомолекул, вирусов, тканей, а также исследовать структуру новейших перспективных материалов.
Высокая цена прогресса
Несмотря на их огромное значение, создание таких источников излучения остается чрезвычайно затратным и технологически сложным. Для них требуются либо мощные ускорители частиц, заставляющие электроны испускать фотоны при торможении, либо специфичная плазменная среда, генерирующая высокоэнергетические фотонные пучки без зеркал.
Проблема энергетического давления
Принципиальная сложность заключается в том, что производимое излучение обладает столь высокой энергией, что начинает "давить" на электроны, порождающие рентгеновские фотоны. Это тормозит электроны, снижая фокусировку и общую мощность пучка.
Вдохновение космосом и наследие Комптона
В поисках решения ученые обратились к космическим природным "лазерам" невероятной силы, расположенным около сверхмассивных черных дыр. Газовые облака там преобразуют мягкое излучение от аккреционного диска в высокоэнергетическое рентгеновское и гамма-излучение.
Ключевую роль играет эффект, открытый выдающимся физиком Артуром Комптоном еще в 1920-х годах. Он обнаружил, что при столкновении фотонов с электронами происходит особое "отражение" с изменением энергии — так называемый "комптоновский сдвиг".
Прорывное решение: "сжатые" импульсы
Специалисты Сколтеха совместно с учеными из США и Германии, используя собственный суперкомпьютер, смоделировали электронное поведение при накачке лазера и нашли оптимистичный выход.
Они доказали, что использование не простых низкочастотных импульсов, а специальных "сжатых" световых импульсов нейтрализует проблему расплывания пучка. Суть метода — динамическая подстройка частоты импульса под меняющуюся интенсивность накачки ("чирпирование"). Для максимального эффекта идеально подходят два таких импульса, движущихся встречно.
Путь к мощным гамма-лазерам
Эта передовая методика обещает коренной переворот не только в рентгеновской технике. Она открывает удивительные перспективы для создания еще более мощных гамма-лазеров, идею которых считал одной из важнейших задач человечества нобелевский лауреат Виталий Гинзбург.
Прорывная технология, уже представленная в научных публикациях и готовящаяся к патентованию, имеет все шансы найти широкое применение как в фундаментальных исследованиях, так и в практических областях, использующих рентгеновские лазеры.
Изображение: DESY, Hamburg
Источник: scientificrussia.ru
