Pedala compactă de gaz generează zeci de miliarde de electroni volți de energie, lăsând electronii să navigheze în urma laserului

Pedalele cu particule de gaz au un mare potențial pentru aplicații cu semiconductori, imagistică și terapie medicală și materiale, energie și cercetare medicală. Dar pedalele tradiționale de accelerație necesită un spațiu mare pentru a funcționa, sunt foarte scumpe și sunt disponibile doar în câteva laboratoare și universități naționale. Potrivit celui mai recent număr al revistei Matter and Radiation in Extreme Conditions, o echipă de cercetători, inclusiv Universitatea Texas din Austin, a demonstrat o pedală compactă de gaz cu particule mai mici de 20 de metri lungime numită Advanced Laser Tail Field Accelerator, care produce un fascicul de electroni cu o energie de 10 miliarde de electroni volți.
În prezent, în SUA există doar două pedale de accelerație care pot atinge energii atât de mari ale electronilor, dar ambele au o lungime de 3 kilometri. Acum, cercetătorii pot obține energii atât de mari într-o cameră pe o distanță de 10 centimetri.
Pedalele de gaz cu câmp de trezire cu laser se bazează pe principiul împușcării gazului heliu cu un laser extrem de puternic care îl încălzește într-o plasmă și creează unde care scot electroni din gaz, creând un fascicul de electroni de înaltă energie. Conceptul a fost larg mediatizat de când a fost propus în 1979.
De data aceasta, avansul cheie al echipei de cercetare se bazează pe nanoparticule. Un laser auxiliar lovește o placă metalică din interiorul camerei de gaz, care injectează un flux de nanoparticule metalice care sporesc energia transferată de la undă la electroni.
Laserul, ca o barcă care scutește suprafața unui lac, lasă un val, iar electronii călătoresc pe această undă de plasmă ca un wake surfer. Cercetătorii compară acest lucru cu dificultatea unui surfer să intre într-un val necontrolat, așa că, de obicei, o barcă cu motor îl va trage pe surfer în val. În noua pedală de accelerație, nanoparticulele sunt echivalentul unei bărci cu motor, eliberându-și electronii în punctul potrivit și la momentul potrivit, astfel încât toți să poată „surfă” pe valul cozii.
În experimentele lor, cercetătorii au folosit unul dintre cele mai puternice lasere cu pulsații din lume, Texas Tile Laser, care emite un puls ultra-puternic de lumină o dată pe oră, dar durează doar 150 de femtosecunde.
Echipa explorează în prezent utilizarea pedalei de accelerație pentru o varietate de scopuri, cum ar fi testarea capacității electronicelor spațiale de a rezista la radiații, fotografiarea elementelor interne 3D ale modelelor de cip și chiar dezvoltarea de noi terapii pentru cancer și tehnici avansate de imagistică medicală.
Pedala de accelerație ar putea fi, de asemenea, folosită pentru a alimenta un laser cu raze X cu electroni liberi, un dispozitiv care poate filma cu încetinitorul evenimentelor la scară atomică sau moleculară, cum ar fi interacțiunile medicament-celule, modificările din interiorul unei baterii care provoacă un incendiu. pentru a începe, reacțiile chimice din interiorul unui panou solar și modul în care proteinele virale își schimbă forma pe măsură ce infectează o celulă.