Пучки электронов «фотографируют» плотную плазму

Новый год начался с интересной публикации в Physical Review Letters. Группа исследователей из Мичиганского университета использовали ускоренные лазером электроны для радиографии магнитных полей в плотной плазме.

Снимки магнитного поля в разные моменты времени, полученные в работе
Снимки магнитного поля в разные моменты времени, полученные в работе

При воздействии мощным лазерным излучением на поверхность твердотельных мишеней, например, металлических фольг или полимерных плёнок, вещество этих мишеней практически мгновенно ионизируется и начинает испаряться, образуя сверхплотную плазму. В такой системе можно ускорять ионы, генерировать жёсткий рентген и гигантские магнитные поля, и даже рождать электрон-позитронные пары.

Однако с точки зрения экспериментатора изучение явлений, происходящих в такой плотной лазерной плазме, задача весьма непростая. Ведь помимо того, что плазма очень плотная, а потому недоступна для наблюдения в оптическом диапазоне, исследуемая система ещё и очень быстро эволюционирует — длительность воздействующего лазерного импульса составляет всего несколько десятков фемтосекунд (фемтосекунда — это 10-15 с, то есть одна квадриллионная секунды).

Найти источник излучения сравнительной длительности, способный к тому же проникать в плотные слои плазмы нелегко. Оказывается, однако, что для этих целей можно использовать пучки электронов или ионов, созданных таким же коротким лазерным импульсом в другой мишени. Реализация именно этой идеи и была продемонстрирована в опубликованной работе.

Учёные облучали поверхность твердотельной мишени лазером длительностью 30 фс, и одновременно другим лазером ускоряли в газовой струе электронный пучок, который в свою очередь проходил сквозь облучаемую поверхность. Возникавшие при взаимодействии первого лазерного импульса с поверхностью магнитные поля отклоняли электроны в пучке, и это отклонение регистрировалось по изменению изображения электронного пучка на специальном экране.

Одним из главных достоинств подобной технологии является то, что два используемых лазерных импульса можно с высокой степенью точности синхронизировать, используя один и тот же задающий генератор. Это позволяет регулировать задержку между моментом начала взаимодействия первого импульса с мишенью и моментом прихода электронного пучка. Меняя задержку и повторяя эксперимент, можно получать изображения магнитного поля в различные моменты времени, наблюдая таким образом динамику развития магнитных полей в мишени, как это показано на рисунке выше.


Источник: Electron Snapshots of Fast Fields // Physics

comments powered by Disqus