Medlemmar av betatronröntgenteamet med Titan Laser-målkammaren i laboratoriets Jupiter Laser Facility, från vänster:Will Schumaker, Clément Goyon, Alison Saunders, Nuno Lemos, Jessica Shaw, Scott Andrews, Félicie Albert och Brad Pollock. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory
Ett nytt sätt att utnyttja lasrar och plasma kan ge forskare nya sätt att utforska yttre rymden och att undersöka insekter, tumörer och ben tillbaka på planeten jorden.
Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fysiker Felicie Albert ledde ett internationellt team som driver denna nya regim inom laserforskning, som beskrevs i a Fysiska granskningsbrev ( PRL ) tidning publicerad online 31 mars.
Albert och teamet tillbringade mer än två år med att experimentera med nya sätt att generera röntgenstrålar som kan undersöka storleken, densitet, tryck och sammansättning av mycket övergående tillstånd av materia, som de som finns i planeternas kärnor och i fusionsplasma. Plasma utgör 99 procent av det kända universum.
Forskarna studerade betatronröntgenstrålning, emitteras när elektroner accelereras till relativistiska energier och vickar i plasmavågen som produceras av samverkan av en kortslutning, intensiv laserpuls med en gas.
Traditionellt, denna källa har studerats väl för laserpulser med femtosekund (kvadrilliondels sekund) långa varaktigheter. För att studera betatronröntgenstrålning vid de intensiteter och pulslängder som är relevanta för storskaliga laseranläggningar, såsom LLNL:s Advanced Radiographic Capability (ARC) laser, forskarna genomförde ett experiment på Titan Laser vid laboratoriets Jupiter Laser Facility. Där observerade de betatronröntgenstrålning driven av mycket längre tid, picosecond-varaktighet laserpulser.
Röntgenstrålen sett genom ett tunt filter. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory
"För mig är en pikosekund för alltid, " Albert skämtade. Medan pikosekunder mäter tid i biljondelar av en sekund, det är långsamt för en forskare som föredrar ännu kortare laserpulser.
Experimentarbetet visar att den nya strålkällan har ett stort löfte för tillämpningar vid internationella storskaliga laseranläggningar, där den potentiellt skulle kunna användas för röntgenröntgen och faskontrastavbildning av laserdrivna stötar, absorptionsspektroskopi och opacitetsmätningar.
Andra LLNL-kollegor inkluderar Nuno Lemos, Brad Pollock, Clement Goyon, Arthur Pak, Joseph Ralph och John Moody, tillsammans med medarbetare från University of California-Los Angeles, SLAC National Accelerator Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California-Berkeley och University of Lissabon i Portugal.
Albert noterade att resultaten inte visade sig omedelbart som i vissa experiment, och att det krävde teamet mycket analys och hårt arbete för att avslöja den nya regimen.
De noterar i sin tidning det stora utbudet av potentiella användningsområden för tekniken:Betatron röntgenstrålning som drivs av kortpulslasrar har använts för biologiska och medicinska ändamål, såsom röntgenfaskontrastavbildning av insekter och hårdröntgenröntgen av ben. Dess unika egenskaper gör den också lämplig för att studera dynamiken hos plasma med hög energidensitet och varm tät materia - ett tillstånd nära fasta densiteter - och temperaturer som finns i kärnorna på jätteplaneter som Jupiter och i tröghetsinneslutningsfusionsplasma.
