_ Electro-optic 3D instantaneu al unui grup de electroni accelerat în câmp de trezire laser

Inventat de T. Tajima și J. Dawson, accelerația laser wakefield (LWFA) valorifică puterea impulsurilor laser de mare intensitate pentru a conduce undele de plasmă cu gradienți de accelerație ordine de mărime mai mare decât acceleratoarele convenționale bazate pe RF.

Tratând pulsul laser ca pe un glonț, forța ponderomotivă induce o undă periodică în plasmă, asemănătoare unei cavități RF. Electronii prinși în această undă pot atinge energii de GeV în doar un centimetru – de o mie de ori mai scurte decât acceleratoarele convenționale. Durata temporală de femtosecundă a grupurilor de electroni din LWFA prezintă oportunități fără precedent pentru studii ultrarapide.

În ultimele două decenii, LWFA a înregistrat progrese remarcabile în ceea ce privește energia maximă, răspândirea energiei, încărcare și rata de repetiție.

Cu gradientul său mare de accelerație și capacitatea de a produce mănunchiuri de electroni de înaltă luminozitate, LWFA deține un potențial imens pentru aplicații în fizica energiei înalte, studii cu sondă-pompă cu raze X și dozimetrie rezolvată în timp. Densitatea tridimensională (3D) este un parametru critic care influențează luminozitatea într-un colisionator, luminozitatea surselor secundare de raze X și, respectiv, ratele de vârf ale dozei de radiație.

În special, un blat de masă Laserul cu electroni liberi cu raze X (XFEL) este strâns legat de procesul de laser într-un ondulator. Cu toate acestea, până acum, măsurarea experimentală a rămas evazivă din cauza lipsei metodelor de diagnosticare. În timp ce distribuțiile transversale sau longitudinale relative au fost studiate separat, profilul absolut al densității 3D nu a fost încă pe deplin caracterizat.

Într-o nouă lucrare publicată în Light: Science & Applications, o echipă de oameni de știință, condusă de Dr. Masaki Kando de la Kansai Institute for Photon Science (KPSI), National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), Japonia, Prof. Tomonao Hosokai de la SANKEN, Universitatea Osaka, Japonia, și colegii de muncă au realizat o descoperire în domeniul unic. monitorizarea prin captură a profilului de densitate 3D al mănunchiurilor de electroni LWFA.

Prin investigații experimentale și numerice privind imagistica radiației de tranziție optică (OTR), decodificarea spațială electro-optică (EO) și algoritmul genetic (GA), structurile detaliate 3D ale mănunchiului de electroni ultrarapidi din LWFA au fost reconstruite cu succes, luminând dinamica complexă a fasciculului de electroni.

Descoperirile relevă o dimensiune transversală de mai puțin de 30 de micrometri pentru grupul de electroni, arătând rezoluție remarcabilă obținută prin tehnica imagistică OTR. Mai mult decât atât, profilul actual a prezentat o formă complexă cu mai multe vârfuri, cu o structură sub 10 femtosecunde care se mândrește cu un curent de vârf care depășește 1 kiloamperi (kA) — o dovadă a performanței excepționale a accelerației laser wakefield.

Of. o semnificație deosebită este densitatea de număr 3D de vârf observată de ~ 9 × 1021 m-3, oferind perspective de neprețuit asupra grupului de electroni accelerați. Această detectare a arătat potențialul de implementare a unui detector în orice poziție de-a lungul unei linii de transport al fasciculului, deschizând astfel noi căi pentru aplicații viitoare în știința acceleratoarelor și nu numai.

„Abilitatea de a măsura profilul de densitate tridimensional al Bunchurile de electroni ne vor îmbunătăți înțelegerea LWFA și vor debloca întregul său potențial pentru diverse aplicații”, a spus dr. Kai Huang, cercetător senior la QST și autorul principal al lucrării.

„Rezultatele și metodologiile prezentate în acest articol are implicații de anvergură într-un spectru de discipline, inclusiv fizica acceleratoarelor, laserele de mare putere și optica cu teraherți.”

(Fluierul)