Compact gaspedaal genereert tientallen miljarden elektronenvolt aan energie door elektronen in het kielzog van de laser te laten surfen

Deeltjesgaspedalen hebben een groot potentieel voor halfgeleidertoepassingen, medische beeldvorming en therapie, en materialen, energie en medisch onderzoek. Maar traditionele gaspedalen vereisen een grote werkingsruimte, zijn erg duur en zijn slechts in een paar nationale laboratoria en universiteiten verkrijgbaar. Volgens het laatste nummer van het tijdschrift Matter and Radiation in Extreme Condition heeft een team van onderzoekers, waaronder de Universiteit van Texas in Austin, een compact deeltjesgaspedaal van minder dan 20 meter lang, de Advanced Laser Tail Field Accelerator, gedemonstreerd. elektronenbundel met een energie van 10 miljard elektronvolt.
Er zijn momenteel slechts twee gaspedalen in de VS die zulke hoge elektronenenergieën kunnen bereiken, maar beide zijn 3 kilometer lang. Nu kunnen onderzoekers zulke hoge energieën bereiken in een kamer binnen 10 centimeter.
Laser-wakefield-gaspedalen zijn gebaseerd op het principe van het afschieten van heliumgas met een extreem krachtige laser die het tot een plasma verwarmt en golven creëert die elektronen uit het gas slaan, waardoor een hoogenergetische elektronenstraal ontstaat. Het concept heeft veel publiciteit gekregen sinds het in 1979 werd voorgesteld.
Deze keer is de belangrijkste vooruitgang van het onderzoeksteam afhankelijk van nanodeeltjes. Een hulplaser raakt een metalen plaat in de gaskamer, die een stroom metalen nanodeeltjes injecteert die de energie verbetert die van de golf naar de elektronen wordt overgedragen.
De laser laat, net als een boot die over het oppervlak van een meer scheert, een zog achter, en de elektronen rijden op deze plasmagolf als een zogsurfer. De onderzoekers vergelijken dit met de moeilijkheid van een surfer om ongecontroleerd in een golf te komen, dus meestal zal een motorboot de surfer de golf in slepen. In het nieuwe gaspedaal zijn de nanodeeltjes het equivalent van een motorboot, waarbij ze hun elektronen op het juiste punt en op het juiste moment vrijgeven, zodat ze allemaal op de staartgolf kunnen 'surfen'.
In hun experimenten gebruikten de onderzoekers een van 's werelds krachtigste gepulseerde lasers, de Texas Tile Laser, die eenmaal per uur een ultrakrachtige lichtpuls uitzendt, maar slechts 150 femtoseconden duurt.
Het team onderzoekt momenteel het gebruik van hun gaspedaal voor verschillende doeleinden, zoals het testen van het vermogen van ruimte-elektronica om straling te weerstaan, het fotograferen van de 3D-internals van chipontwerpen en zelfs het ontwikkelen van nieuwe kankertherapieën en geavanceerde medische beeldvormingstechnieken.
Het gaspedaal kan ook worden gebruikt om een ​​röntgenvrije-elektronenlaser van stroom te voorzien, een apparaat dat slow motion-films kan maken van gebeurtenissen op atomaire of moleculaire schaal, zoals interacties tussen geneesmiddelen en cellen, veranderingen in een batterij die brand veroorzaken. om te beginnen de chemische reacties in een zonnepaneel, en de manier waarop virale eiwitten van vorm veranderen als ze een cel infecteren.