Røntgenlaser, der udsender den mest kraftfulde puls nogensinde!

For nylig gjorde forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory et stort gennembrud inden for videnskabelig forskning. De brugte Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II)-faciliteten i Californien til med succes at lancere den mest kraftfulde røntgenimpuls til dato.
Varigheden af ​​denne puls var så kort, at den på kun 4,4 trilliontedele af et sekund (attosekunder) genererede næsten 1 terawatt energi - 1, 000 gange mere end den gennemsnitlige årlige elproduktion i et atomkraftværk .
LCLS-II er en opgraderet version af den lineære kohærente lyskilde, der er anbragt i det amerikanske energiministeriums SLAC National Accelerator Laboratory, ved siden af ​​Stanford University i Menlo Park, Californien. Enheden bruger fri-elektron laserteknologi til at accelerere en stråle af elektroner nær lysets hastighed og oscillerer strålen gennem en række magnetiske felter for at udsende intense røntgenstråler. Disse røntgenstråler kan bruges til at afbilde små objekter, såsom molekyler, for at observere interaktionerne mellem atomer i dem.
LCLS-II kan udsende op til en million røntgenimpulser pr. sekund, 8,000 gange mere end tidligere LCLS-lasere. Når man kombinerer den øgede pulsfrekvens med det øgede antal elektroner pr. puls, er den nye enhed mere end 10,000 gange lysere end sin forgænger.
Især kan LCLS-II udsende op til 1 million røntgenimpulser i sekundet, en 8,000- gange stigning i forhold til den tidligere LCLS-laser. Kombineret med den øgede pulsfrekvens og større antal elektroner pr. puls, er den nye enhed mere end 10,000 gange lysere end sin forgænger. Derudover kan enheden producere korte pulser, der spænder fra 10-50 femtosekunder, med pulsvarigheder, der strækker sig til 250 femtosekunder for lavenergi røntgenstråler, og er endda i stand til at skabe meget korte pulser på mindre end 10 femtosekunder.
Med så korte bølgelængder, korte pulser og hurtige gentagelser af lasere kan videnskabsmænd bruge enheden til at se kemiske reaktioner finde sted. I det væsentlige kan hver puls afbilde konfigurationen af ​​de atomer, der er involveret i reaktionen, og disse billeder kan derefter sættes sammen for at skabe en effekt, der ligner en molekylær "lerfilm". I 2018 producerede LCLS-faciliteten med succes en film om menneskets syn og de kemiske processer, der er involveret i fotosyntese, på kun 1,000 femtosekunder.
LCLS-II har ikke kun evnen til at afbilde små objekter, men har også en nøjagtighed på op til 1 ångstrøm (10^-10 meter). Denne evne vil give forskere mulighed for at dykke ned i atomare processer inden for områder lige fra biologiske systemer til fotovoltaik og brændselsceller. Samtidig vil laserenheden også hjælpe videnskabsmænd med at udforske fysiske fænomener som superledning, ferroelektricitet og magnetisme.
En af nøglekomponenterne i opgraderingen er installationen af ​​revolutionerende teknologi. Mens tidligere gaspedaler kørte ved stuetemperatur, bruger den opgraderede LCLS-II en superledende gaspedal, som gør det muligt at køre ved temperaturer så lave som tæt på det absolutte nulpunkt (-456 grader F eller -271 grader. ) LCLS-II har også bedre magneter til at svinge elektronstrålen.
Selvom LCLS-II lige er begyndt at fungere, har succesen med tidlige LCLS gaspedaler givet forskerne grund til optimisme. mere end 3,000 videnskabsmænd har brugt faciliteten og udgivet mere end 1.450 artikler. De fremtidige anvendelser af denne kraftfulde røntgenpulsemitter er lovende og forventes at bringe ny indsigt og gennembrud til den videnskabelige forskning.