Røntgenlaser som sender ut den kraftigste pulsen noensinne!

Nylig gjorde forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory et stort gjennombrudd innen vitenskapelig forskning. De brukte Linear Accelerator Coherent Light Source (LCLS-II)-anlegget i California for å lykkes med å lansere den kraftigste røntgenpulsen til dags dato.
Varigheten av denne pulsen var så kort at den på bare 4,4 trillioner av et sekund (attosekunder) genererte nesten 1 terawatt energi - 1, 000 ganger mer enn gjennomsnittlig årlig kraftproduksjon til et kjernekraftverk .
LCLS-II er en oppgradert versjon av den lineære koherente lyskilden, plassert ved det amerikanske energidepartementets SLAC National Accelerator Laboratory, ved siden av Stanford University i Menlo Park, California. Enheten bruker fri-elektronlaserteknologi for å akselerere en stråle på elektroner til nær lysets hastighet og oscillerer strålen gjennom en serie magnetiske felt for å sende ut intense røntgenstråler. Disse røntgenstrålene kan brukes til å avbilde små gjenstander, for eksempel molekyler, for å observere interaksjonene mellom atomer i dem.
LCLS-II kan sende ut opptil en million røntgenpulser per sekund, 8,000 ganger mer enn tidligere LCLS-lasere. Når man kombinerer den økte pulsfrekvensen med det økte antallet elektroner per puls, er den nye enheten mer enn 10,000 ganger lysere enn forgjengeren.
Spesielt kan LCLS-II sende ut opptil 1 million røntgenpulser per sekund, en 8,000- ganger økning i forhold til den forrige LCLS-laseren. Kombinert med økt pulsfrekvens og større antall elektroner per puls, er den nye enheten mer enn 10,000 ganger lysere enn forgjengeren. I tillegg kan enheten produsere korte pulser som strekker seg fra 10-50 femtosekunder, med pulsvarighet som strekker seg til 250 femtosekunder for lavenergirøntgen, og er til og med i stand til å lage svært korte pulser på mindre enn 10 femtosekunder.
Med så korte bølgelengder, korte pulser og raske repetisjoner av lasere, kan forskere bruke enheten til å se kjemiske reaksjoner finne sted. I hovedsak kan hver puls avbilde konfigurasjonen av atomene som er involvert i reaksjonen, og disse bildene kan deretter settes sammen for å skape en effekt som ligner på en molekylær "leirefilm". I 2018 produserte LCLS-anlegget en film om menneskelig syn og de kjemiske prosessene involvert i fotosyntese på bare 1, 000 femtosekunder.
LCLS-II har ikke bare muligheten til å avbilde små objekter, men har også en nøyaktighet på opptil 1 ångstrøm (10^-10 meter). Denne evnen vil tillate forskere å fordype seg i atomprosesser på felt som spenner fra biologiske systemer til solceller og brenselceller. Samtidig vil laserenheten også hjelpe forskere videre med å utforske fysiske fenomener som superledning, ferroelektrisitet og magnetisme.
En av nøkkelkomponentene i oppgraderingen er installasjonen av noe revolusjonerende teknologi. Mens tidligere gasspedaler drev ved romtemperatur, bruker den oppgraderte LCLS-II en superledende gasspedalenhet, som lar den operere ved temperaturer så lave som nær absolutt null (-456 grader F eller -271 grader . ) LCLS-II har også bedre magneter for å svinge elektronstrålen.
Selv om LCLS-II nettopp har startet drift, har suksessen med tidlige LCLS gasspedaler gitt forskere grunn til optimisme. mer enn 3,000 forskere har brukt anlegget og publisert mer enn 1450 artikler. De fremtidige bruksområdene til denne kraftige røntgenpulsemitteren er lovende og forventes å bringe ny innsikt og gjennombrudd til vitenskapelig forskning.