Создан источник мульти-МэВных гамма-фотонов с рекордной пиковой яркостью

Ещё один рекорд побит лазерами сверхвысокой пиковой мощности. На этот раз в области создания источников высокоэнергичных гамма-фотонов. На основе лазера Astra Gemini, расположенного в Резерфордовской лаборатории, продемонстрирована генерация гамма-излучения в диапазоне от 6 до 16–18 МэВ с рекордной яркостью, превышающей 1020 фотонов в секунду на квадратный миллиметр в квадратный миллирадиан на 0,1% ширины спектра (это такая стандартная единица измерения для синхротронных источников излучения).

Измеренный спектр гамма-фотонов (зелёный) и теоретические кривые (красный) для линейного обратного комптоновского эффекта (пунктир) и нелинейного с множителем 2 (сплошная).
Измеренный спектр гамма-фотонов (зелёный) и теоретические кривые (красный) для линейного обратного комптоновского эффекта (пунктир) и нелинейного с множителем 2 (сплошная).
Сравнение с другими источниками рентгеновского и гамма-излучения. В мульти-МэВном диапазоне конкурентов нет. Большую яркость имеют только бетатронные источники и лазеры на свободных электронах в диапазоне десятков кэВ.
Сравнение с другими источниками рентгеновского и гамма-излучения. В мульти-МэВном диапазоне конкурентов нет. Большую яркость имеют только бетатронные источники и лазеры на свободных электронах в диапазоне десятков кэВ.

Для генерации гамма-излучения была использована довольно сложная технически, но относительно простая концептуально схема с двумя лазерными импульсами. Один импульс ускорял электроны до энергии порядка 500 МэВ, а второй рассеивался на этих электронах. В результате обратного комптоновского эффекта энергия рассеянных фотонов оказывалась в области нескольких МэВ.

Схема экспериментальной установки. _Driver_ ускоряет электроны в газовой ячейке (gas cell), _Wiggler_ — рассеиваемый лазерный импульс, остальное — это система диагностики электронного пучка и гамма-фотонов.
Схема экспериментальной установки. Driver ускоряет электроны в газовой ячейке (gas cell), Wiggler — рассеиваемый лазерный импульс, остальное — это система диагностики электронного пучка и гамма-фотонов.
Характерный спектр ускоренных электронов (синий), пунктир — это аппроксимация этого спектра, которая использовалась при теоретических оценках.
Характерный спектр ускоренных электронов (синий), пунктир — это аппроксимация этого спектра, которая использовалась при теоретических оценках.

Главной особенностью процесса рассеяния был его нелинейный характер. То есть одновременно на электроне рассеивался не один фотон, а несколько, что пропорционально увеличивает энергию генерируемых гамма-фотонов. Ранее была всего одна работа, в которой наблюдалось нелинейное комптоновское рассеяние. Её отличие, правда, заключалось в том, что для ускорения электронов и рассеяния использовался один и тот же лазерный импульс (который после завершения ускорения просто отражался назад на ускоренный им же электронный пучок). Интересно, что эта схема впервые, видимо, была предложена теоретически в нашей работе, опубликованный в Успехах физических наук, но поскольку это обзор, а выпустить отдельную статью по этому поводу руки у нас так и не дошли, об этом мало кто знает.


Эта статья изначально была опубликована в моём блоге в ЖЖ.

comments powered by Disqus