اشعه ایکس از لیزرهای الکترون آزاد

اشعه ایکس از لیزرهای الکترون آزاد

لیزرهای الکترون آزاد با اشعه X (XFEL) منابع اشعه ایکس مبتنی بر شتاب دهنده خطی هستند که در آن دسته های الکترونیکی شتاب گرفته و از طریق یک بخش طولانی لرزاننده حرکت می کنند تا پالس های اشعه X فوق کوتاه و شدید را تولید کنند که در هر پالس 1012-1013 فوتون دارند.   چند تا 100 FS [17]. با این کار ، XFEL ها پالس هایی با حداکثر 10 مرتبه درخشندگی اوج بالاتر را در مقایسه با پالس های اشعه X از یک حلقه ذخیره الکترون (سنکروترون) معمول تحویل می دهند. این شدت پیک بالا با طرح شتاب دهنده خطی تسهیل می شود که بار دسته ای الکترون و تراکم الکترون به طور قابل توجهی بالاتر و همچنین میزان انتشار کمتری را فراهم می کند (گسترش الکترون فضایی). دسته های الکترونی کوتاه (فمتوسکند) مستقیماً به پالس های اشعه ایکس فمتوسکند تبدیل می شوند. علاوه بر این ، بخش لولای طولانی در XFEL همراه با کیفیت پرتوی الکترونی پیشرفته باعث می شود که میدان تابش ساطع شده از دسته الکترون با خود دسته الکترون در تعامل باشد زیرا هر دو از طریق قسمت لرزاننده عبور می کنند. این منجر به اصطلاح میکروبانچ دسته الکترون و همچنین انتشار خود به خودی تقویت شده می شود ، که در مجموع باعث افزایش قدرت تابش درجه دوم می شود تا خطی در تعداد الکترون هایی که از طریق بخش لرزشگیر حرکت می کنند و منجر به انسجام عرضی X می شود. پالس های اشعه در حالی که XFEL ها احتمالاً قدرتمندترین و متنوع ترین منابع نوری برای تحقیقات بنیادی در زمینه های وسیع فیزیک ، شیمی و زیست شناسی هستند ، اندازه و الزامات آنها در زمینه مهندسی ، ابزار دقیق و عملکرد ، زمان انجام آزمایشات را معمولاً به چند روز در سال در هر پروژه تحقیقاتی محدود می کند. . در همان زمان ، مقدار داده های آزمایشی به دست آمده در XFEL در عرض چند ساعت به راحتی در چندین ده ترابایت جمع می شود. این مقدار زیاد داده ، توسعه روال های پیشرفته مرتب سازی و تجزیه و تحلیل داده ها را به ویژه در زمینه پراکندگی و پراش اشعه X ، که همیشه ادامه دارد ، تحت فشار قرار داد.

آزمایشاتی که در اینجا بررسی می کنیم در منبع نور انسجام Linac (LCLS) در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC ، کالیفرنیا ، ایالات متحده انجام شده است. LCLS در سال 2009 به عنوان اولین XFEL سخت جهان 18 شروع به کار کرد. بخش لرزاننده LCLS از 33 قطعه لرزنده تشکیل شده است که طول آنها بیش از 100 متر است. LCLS پالس های اشعه ایکس را در رژیم های اشعه ایکس نرم تا سخت از 285 ولت تا 10 V keV ، مدت زمان پالس از 1 تا 100 ثانیه و 1012-1013 فوتون در هر پالس فراهم می کند. همچنین لیزرهای الکترونیکی آزاد با اشعه X و UV / XUV با برنامه ریزی عملیاتی و برنامه ریزی شده FLASH (عملیاتی) ، FLASH II و XFEL اروپا (هر دو در دست ساخت و راه اندازی) در Desy ، هامبورگ ، آلمان ، SACLA  در SPring-8 در Hyogo ، ژاپن (عملیاتی) ، FERMI در Elettra در Trieste ، ایتالیا (عملیاتی) ، PAL-XFEL در Pohang ، کره جنوبی (در حال ساخت) و SwissFEL در موسسه Paul Scherrer در Villigen ، سوئیس ( در دست ساخت).