Российские физики предложили метод получения многоцветных узкополосных гамма-пучков
Учёные использовали нелинейное комптоновское рассеяние, чтобы создать многоцветные и более узкополосные гамма-пучки
МОСКВА, 12 января /Новости науки/. Исследователи из Сколковского института науки и технологий (Сколтех), НИЯУ МИФИ и ВНИИА имени Н. Л. Духова разработали подход к созданию компактных лазерно-электронных источников гамма-излучения, позволяющий одновременно повысить спектральную яркость, сузить линию излучения и формировать несколько «цветов» гамма-пучка в одном взаимодействии. Результаты опубликованы в формате Letter в журнале Physical Review A, сообщает пресс-служба "Сколково".
Лазерно-электронные источники работают на обратном комптоновском рассеянии: при лобовом столкновении высокоэнергетического электронного пучка с интенсивным лазерным импульсом электроны переизлучают фотоны в рентгеновском или гамма-диапазоне. Такие системы перспективны для ядерной фотоники и контроля плотных объектов, медицинской визуализации и производства изотопов, исследований материалов и диагностики высокоплотной материи.
Однако в режиме высоких лазерных интенсивностей — так называемого нелинейного комптоновского рассеяния — практическое применение ограничивало пондеромоторное уширение: из-за изменения интенсивности внутри реального импульса спектральные линии «размывались», снижая точность и полезную яркость излучения.
Авторы предложили решать эту проблему за счёт инженерии временного профиля лазерного поля. Вместо одного длинного гауссовского импульса они используют когерентную “стыковку” множества коротких импульсов в точно сформированный поезд. Такая схема приближает суммарную огибающую к «плоской вершине», при которой электронный пучок во время излучения видит почти постоянную интенсивность, что подавляет нелинейное уширение. По расчётам, сформированный поезд импульсов может дать примерно в три раза больше фотонов в узком энергетическом диапазоне около спектрального пика (±1%) по сравнению с одиночным импульсом той же полной энергии — это означает рост спектральной яркости.
Кроме того, показано, что при «ступенчатой» огибающей — когда поезд импульсов делится на группы с разными амплитудами — гамма-спектр распадается на несколько хорошо разделённых пиков, каждый из которых соответствует своему уровню интенсивности. Таким образом, одно лазерно-электронное взаимодействие может формировать сразу несколько узкополосных гамма-линий.
Разработка связана с проектированием интенсивного комптоновского источника Национального центра физики и математики (НЦФМ). Численные расчёты выполнялись на суперкомпьютере «Жорес» Сколтеха.
Источник: Physical Review A, Letter «Pulse-stacking technique for nonlinear Compton scattering: Compensation of nonlinear broadening and generation of multicolor gamma sources».
Лазерно-электронные источники работают на обратном комптоновском рассеянии: при лобовом столкновении высокоэнергетического электронного пучка с интенсивным лазерным импульсом электроны переизлучают фотоны в рентгеновском или гамма-диапазоне. Такие системы перспективны для ядерной фотоники и контроля плотных объектов, медицинской визуализации и производства изотопов, исследований материалов и диагностики высокоплотной материи.
Однако в режиме высоких лазерных интенсивностей — так называемого нелинейного комптоновского рассеяния — практическое применение ограничивало пондеромоторное уширение: из-за изменения интенсивности внутри реального импульса спектральные линии «размывались», снижая точность и полезную яркость излучения.
Авторы предложили решать эту проблему за счёт инженерии временного профиля лазерного поля. Вместо одного длинного гауссовского импульса они используют когерентную “стыковку” множества коротких импульсов в точно сформированный поезд. Такая схема приближает суммарную огибающую к «плоской вершине», при которой электронный пучок во время излучения видит почти постоянную интенсивность, что подавляет нелинейное уширение. По расчётам, сформированный поезд импульсов может дать примерно в три раза больше фотонов в узком энергетическом диапазоне около спектрального пика (±1%) по сравнению с одиночным импульсом той же полной энергии — это означает рост спектральной яркости.
Кроме того, показано, что при «ступенчатой» огибающей — когда поезд импульсов делится на группы с разными амплитудами — гамма-спектр распадается на несколько хорошо разделённых пиков, каждый из которых соответствует своему уровню интенсивности. Таким образом, одно лазерно-электронное взаимодействие может формировать сразу несколько узкополосных гамма-линий.
Разработка связана с проектированием интенсивного комптоновского источника Национального центра физики и математики (НЦФМ). Численные расчёты выполнялись на суперкомпьютере «Жорес» Сколтеха.
Источник: Physical Review A, Letter «Pulse-stacking technique for nonlinear Compton scattering: Compensation of nonlinear broadening and generation of multicolor gamma sources».
