Internationell grupp forskare inklusive forskare från Skoltech har uppfunnit en ny metod för att generera intensiv röntgen- och gammastrålning baserad på olinjär Compton-spridning. Deras resultat publicerades i Fysiska granskningsbrev .

Compton -effekten liknar att spela tennis; en elektron spelar rollen som racket och en foton spelar rollen som bollen. En foton som reflekteras från den snabba elektronracket får ytterligare energi. Det kan inte flyga ännu snabbare - hastighetsbegränsningen förbjuder det. Men det kan enkelt ändra sin våglängd. Med detta enkla spel, forskare kan omvandla den inkommande fotonens våglängd från det synliga området till röntgenstrålar och gammastrålar. Hårda fotonkällor baserade på invers (linjär) Compton -spridning används ofta, och består vanligtvis av en elektronaccelerator och ett lasersystem. Den största fördelen med sådana källor är möjligheten att generera en smal bandbreddstrålning. I ett sådant system, våglängden är lätt avstämbar genom att ändra elektronernas energi.

Det enklaste sättet att öka antalet genererade röntgen- och gammastrålefoton är att öka intensiteten hos lasersystemet. Med andra ord, desto tätare packad laserstrålning i rymden (med tanke på att diffraktionen är liten), desto mer spridningshändelser mellan laserfoton och elektroner kommer det att finnas.

Att öka laserstrålningens effekt vid Compton -spridning leder till avsevärd spektral breddning. Detta beror på det lätta trycket, som saktar ner elektronerna. Med andra ord, tennisracket, samtidigt som man avböjer många små tennisbollar på en gång, saktas ner; därav, de böjda bollarna får mindre energi. Problemet är att kraftig laserstrålning inte är kontinuerlig, utan kommer snarare som pulser i tid. Intensiteten hos kraftfulla laserpulser växer först långsamt och dör sedan långsamt ut. Följaktligen, ljustrycket är ojämnt och avmattningen av elektronerna olika vid olika tidpunkter, vilket leder till olika energi hos reflekterade fotoner.

Det vetenskapliga teamet, inklusive Skoltech -professor Sergey Rykovanov, uppfann en ny metod för generering av intensiv monoenergetisk röntgen- och gammastrålning baserad på olinjär Compton-spridning.

Sergey Rykovanov, en professor från Skoltechs Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering, säger, "Sådan spektrallinjebreddning är parasitisk, eftersom vi vill erhålla en smal bandbreddfotonkälla med en väldefinierad våglängd. Vi uppfann en mycket enkel metod för att ta bort den parasitiska Compton-linjebredden för intensiva laserpulser och avsevärt öka antalet genererade X- och gammastrålefoton. Att göra detta, man måste noggrant ställa in laserpulsens frekvens (med andra ord, att kvittra det) så att det motsvarar laserpulsintensiteten vid varje ögonblick. För optimal effekt, vi föreslog att använda två linjärt och motsatt kvittrade laserpulser som förökar sig med en viss fördröjning till varandra. Enligt min åsikt, skönheten i vårt arbete är i sin enkelhet. För att vara helt ärlig, Vi blev mycket förvånade över hur enkelt och smidigt allt fungerade. "

Den nya uppfinningen kan avsevärt öka ljusstyrkan hos moderna och framtida synkrotronkällor för forskning inom medicin, kärnfysik och materialvetenskap.