Учёные из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и TAU Systems Inc. приблизились к созданию компактных рентгеновских лазеров на свободных электронах (ЛСЭ). Обычно ЛСЭ — огромные установки, но благодаря лазерным плазменным ускорителям (ЛПУ) их можно уменьшить, сохранив высокое разрешение.
ЛПУ ускоряют электроны в 1000 раз эффективнее традиционных методов, сокращая требуемое пространство с километров до метров. Ключевая задача — обеспечить стабильность и качество электронных пучков. В эксперименте команда добилась устойчивого экспоненциального усиления излучения в течение нескольких часов, что подтверждает надёжность технологии.
Компактные ЛСЭ откроют новые возможности в биологии (изучение белков), материаловедении (наноструктуры) и полупроводниковой промышленности. Кроме того, ЛПУ могут модернизировать существующие установки, повышая их эффективность.
«Это прорыв, — отметил Сэм Барбер, ведущий автор исследования. — Надёжность и качество пучков доказаны, и это лишь начало».
TAU Systems Inc. сыграла ключевую роль, обеспечив передачу пучков через ондулятор. По словам экспертов, ЛПУ могут изменить представление об ускорителях, сделав их доступнее для науки и промышленности.
Йерун ван Тилборг, Сэм Барбер и Карл Шредер склонились над магнитами «шикана», которые соединяют лазерный плазменный ускоритель (за их спинами) с расположенным ниже по потоку ундулятором. Движение электронного пучка в «шикане» позволяет блокировать остаточное лазерное излучение, а также временно разделять электроны с разной энергией, чтобы уменьшить разброс энергии. Фото: Тор Свифт/Лаборатория Беркли.
Дополнительная информация: S. K. Barber et al, Greater than 1000-fold Gain in a Free-Electron Laser Driven by a Laser-Plasma Accelerator with High Reliability, Physical Review Letters (2025).
DOI: 10.1103/vh62-gz1p
Источник: https://phys.org/news/2025-07-key-gains-compact-ray-free.html