Kompakt gasspedal genererer titalls milliarder elektronvolt med energi ved å la elektroner surfe i laserens kjølvann

Partikkelgasspedaler har stort potensial for halvlederapplikasjoner, medisinsk bildebehandling og terapi, og materialer, energi og medisinsk forskning. Men tradisjonelle gasspedaler krever stor plass å betjene, er svært dyre og er kun tilgjengelige i noen få nasjonale laboratorier og universiteter. I følge den siste utgaven av tidsskriftet Matter and Radiation in Extreme Conditions har et team av forskere inkludert University of Texas i Austin demonstrert en kompakt partikkelgasspedal på mindre enn 20 meter kalt Advanced Laser Tail Field Accelerator, som produserer en elektronstråle med en energi på 10 milliarder elektronvolt.
Det er foreløpig bare to gasspedaler i USA som kan nå så høye elektronenergier, men begge er 3 kilometer lange. Nå kan forskere oppnå så høye energier i et kammer innenfor 10 centimeter.
Laser-våknefeltgasspedaler er basert på prinsippet om å skyte heliumgass med en ekstremt kraftig laser som varmer den opp til et plasma og lager bølger som slår elektroner ut av gassen, og skaper en høyenergielektronstråle. Konseptet har blitt mye publisert siden det ble foreslått i 1979.
Denne gangen er forskergruppens viktigste fremskritt avhengig av nanopartikler. En hjelpelaser treffer en metallplate inne i gasskammeret, som injiserer en strøm av metalliske nanopartikler som forsterker energien som overføres fra bølgen til elektronene.
Laseren, som en båt som skummer overflaten av en innsjø, etterlater et kjølvann, og elektronene kjører på denne plasmabølgen som en våken surfer. Forskerne sammenligner dette med vanskeligheten ved at en surfer kommer ukontrollert inn i en bølge, så vanligvis vil en motorbåt dra surferen inn i bølgen. I den nye gasspedalen tilsvarer nanopartikler en motorbåt, som slipper ut elektronene på rett punkt og til rett tid, slik at de alle kan "surfe" halebølgen.
I sine eksperimenter brukte forskerne en av verdens kraftigste pulserende lasere, Texas Tile Laser, som sender ut en ultrakraftig lyspuls én gang i timen, men varer i bare 150 femtosekunder.
Teamet utforsker for tiden bruken av gasspedalen deres til en rekke formål, for eksempel å teste romelektronikkens evne til å motstå stråling, fotografere 3D-innsiden av chipdesign, og til og med utvikle nye kreftterapier og avanserte medisinske bildeteknikker.
Gasspedalen kan også brukes til å drive en røntgen-frielektronlaser, en enhet som kan ta saktefilmer av hendelser i atom- eller molekylskala, som interaksjoner mellom stoff og celler, endringer inne i et batteri som forårsaker brann til å starte, kjemiske reaksjoner inne i et solcellepanel, og måten virale proteiner endrer form på når de infiserer en celle.