TW පන්තියේ ඇටොස්ටකොන්ඩ් එක්ස් කිරණ ස්පන්දන ලේසර්

TW පන්තියේ ඇටොස්ටකොන්ඩ් එක්ස් කිරණ ස්පන්දන ලේසර්
ඇටොස්ටකොන්ඩ් එක්ස් කිරණස්පන්දන ලේසර්අධි බලය සහ කෙටි ස්පන්දන කාලසීමාව අතිශය වේගවත් රේඛීය නොවන වර්ණාවලීක්ෂය සහ එක්ස් කිරණ විවර්තන රූපකරණය ලබා ගැනීම සඳහා යතුරයි. එක්සත් ජනපදයේ පර්යේෂණ කණ්ඩායම අදියර දෙකක කඳුරැල්ලක් භාවිතා කළේය.එක්ස් කිරණ රහිත ඉලෙක්ට්‍රෝන ලේසර්විවික්ත ඇටොස්ටකොන්ත් ස්පන්දන ප්‍රතිදානය කිරීමට. පවතින වාර්තා හා සසඳන විට, ස්පන්දනවල සාමාන්‍ය උපරිම බලය විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලකින් වැඩි වේ, උපරිම උපරිම බලය 1.1 TW වන අතර මධ්‍ය ශක්තිය 100 μJ ට වඩා වැඩි වේ. X-කිරණ ක්ෂේත්‍රයේ සොලිටන් වැනි සුපිරි විකිරණ හැසිරීම් සඳහා මෙම අධ්‍යයනය ප්‍රබල සාක්ෂි ද සපයයි.අධි ශක්ති ලේසර්අධි-ක්ෂේත්‍ර භෞතික විද්‍යාව, ඇටෝ තත්පර වර්ණාවලීක්ෂය සහ ලේසර් අංශු ත්වරක ඇතුළු පර්යේෂණ ක්ෂේත්‍රයන්හි නව ක්ෂේත්‍ර රාශියක් මෙහෙයවා ඇත. සියලු වර්ගවල ලේසර් අතර, එක්ස් කිරණ වෛද්‍ය රෝග විනිශ්චය, කාර්මික දෝෂ හඳුනාගැනීම, ආරක්ෂක පරීක්ෂාව සහ විද්‍යාත්මක පර්යේෂණ සඳහා බහුලව භාවිතා වේ. එක්ස් කිරණ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලේසර් (XFEL) අනෙකුත් එක්ස් කිරණ උත්පාදන තාක්ෂණයන්ට සාපේක්ෂව උච්ච එක්ස් කිරණ බලය විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලවල් කිහිපයකින් වැඩි කළ හැකි අතර, එමඟින් ඉහළ බලයක් අවශ්‍ය වන රේඛීය නොවන වර්ණාවලීක්ෂය සහ තනි අංශු විවර්තන රූපකරණ ක්ෂේත්‍රයට එක්ස් කිරණ යෙදීම ව්‍යාප්ත කරයි. මෑත කාලීන සාර්ථක ඇටෝ තත්පර XFEL යනු ඇටෝ තත්පර විද්‍යාවේ සහ තාක්‍ෂණයේ ප්‍රධාන ජයග්‍රහණයක් වන අතර, බෙන්ච්ටොප් එක්ස් කිරණ ප්‍රභවයන්ට සාපේක්ෂව ලබා ගත හැකි උච්ච බලය විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලවල් හයකට වඩා වැඩි කරයි.

නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලේසර්සාපේක්ෂ ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භයේ සහ චුම්භක දෝලකයේ විකිරණ ක්ෂේත්‍රයේ අඛණ්ඩ අන්තර්ක්‍රියා නිසා ඇතිවන සාමූහික අස්ථායිතාව භාවිතයෙන් ස්වයංසිද්ධ විමෝචන මට්ටමට වඩා විශාලත්වයකින් යුත් ස්පන්දන ශක්තීන් ලබා ගත හැකිය. දෘඩ X-කිරණ පරාසයේ (0.01 nm සිට 0.1 nm තරංග ආයාමය පමණ), FEL මිටි සම්පීඩනය සහ පසු-සන්තෘප්ත කේතුකාකාර ශිල්පීය ක්‍රම මගින් සාක්ෂාත් කරගනු ලැබේ. මෘදු X-කිරණ පරාසයේ (0.1 nm සිට 10 nm තරංග ආයාමය පමණ), FEL ක්‍රියාත්මක කරනු ලබන්නේ කැස්කැඩ් නැවුම්-පෙති තාක්ෂණය මගිනි. මෑතකදී, 100 GW උපරිම බලයක් සහිත ඇටෝ තත්පර ස්පන්දන වැඩි දියුණු කළ ස්වයං-විස්තාරක ස්වයංසිද්ධ විමෝචන (ESASE) ක්‍රමය භාවිතයෙන් ජනනය වන බව වාර්තා වී ඇත.

ලිනැක් කොහෙරෙන්ඩ් වෙතින් මෘදු එක්ස් කිරණ ඇටොස්ටකොන්ඩන්ට් ස්පන්දන ප්‍රතිදානය විස්තාරණය කිරීම සඳහා පර්යේෂණ කණ්ඩායම XFEL මත පදනම් වූ ද්වි-අදියර විස්තාරණ පද්ධතියක් භාවිතා කළේය.ආලෝක ප්‍රභවයTW මට්ටමට, වාර්තා කරන ලද ප්‍රතිඵලවලට වඩා විශාලත්වයේ වැඩිදියුණු කිරීමේ අනුපිළිවෙලකි. අත්හදා බැලීමේ සැකසුම රූපය 1 හි දක්වා ඇත. ESASE ක්‍රමය මත පදනම්ව, ඉහළ ධාරා ස්පයික් සහිත ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භයක් ලබා ගැනීම සඳහා ෆොටෝකැතෝඩ විමෝචකය මොඩියුලේට් කර ඇති අතර, ඇටොස්ටකොන්ත් එක්ස් කිරණ ස්පන්දන ජනනය කිරීමට භාවිතා කරයි. රූප සටහන 1 හි ඉහළ වම් කෙළවරේ පෙන්වා ඇති පරිදි, ආරම්භක ස්පන්දනය ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භයේ ස්පයික් එකේ ඉදිරිපස කෙළවරේ පිහිටා ඇත. XFEL සන්තෘප්තියට ළඟා වූ විට, චුම්බක සම්පීඩකයක් මගින් ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භය X-කිරණට සාපේක්ෂව ප්‍රමාද වන අතර, පසුව ස්පන්දනය ESASE මොඩියුලේෂන් හෝ FEL ලේසර් මගින් වෙනස් නොකළ ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භය (නැවුම් පෙත්ත) සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කරයි. අවසාන වශයෙන්, නැවුම් පෙත්ත සමඟ ඇටොස්ටකොන්ත් ස්පන්දන අන්තර්ක්‍රියා කිරීම හරහා X-කිරණ තවදුරටත් විස්තාරණය කිරීම සඳහා දෙවන චුම්බක උල්පතක් භාවිතා කරයි.

රූපය 1 පර්යේෂණාත්මක උපාංග රූප සටහන; නිදර්ශනයේ කල්පවත්නා අවධි අවකාශය (ඉලෙක්ට්‍රෝනයේ කාල-ශක්ති රූප සටහන, කොළ), වත්මන් පැතිකඩ (නිල්) සහ පළමු අනුපිළිවෙල විස්තාරණයෙන් නිපදවන විකිරණය (දම් පාට) පෙන්වයි. XTCAV, X-කලාප තීර්යක් කුහරය; cVMI, කොක්සියල් වේගවත් සිතියම්කරණ රූපකරණ පද්ධතිය; FZP, ෆ්‍රෙස්නෙල් කලාප තහඩු වර්ණාවලීක්ෂය

සියලුම ඇටෝ තත්පර ස්පන්දන ශබ්දයෙන් ගොඩනගා ඇති බැවින්, සෑම ස්පන්දනයකටම විවිධ වර්ණාවලි සහ කාල-වසම් ගුණාංග ඇති අතර, පර්යේෂකයන් ඒවා වඩාත් විස්තරාත්මකව ගවේෂණය කළහ. වර්ණාවලි සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, ඔවුන් විවිධ සමාන උච්චාවචන දිගකින් තනි ස්පන්දනවල වර්ණාවලි මැනීම සඳහා ෆ්‍රෙස්නෙල් බෑන්ඩ් තහඩු වර්ණාවලීක්ෂයක් භාවිතා කළ අතර, ද්විතියික විස්තාරණයෙන් පසුව පවා මෙම වර්ණාවලි සුමට තරංග ආකාර පවත්වා ගෙන යන බව සොයා ගත් අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ ස්පන්දන ඒකාකාරව පවතින බවයි. කාල වසම තුළ, කෝණික වාටිය මනිනු ලබන අතර ස්පන්දනයේ කාල වසම් තරංග ආකාරය සංලක්ෂිත වේ. රූපය 1 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, එක්ස් කිරණ ස්පන්දනය රවුම් ධ්‍රැවීකරණය වූ අධෝරක්ත ලේසර් ස්පන්දනය සමඟ අතිච්ඡාදනය වේ. එක්ස් කිරණ ස්පන්දනය මගින් අයනීකරණය කරන ලද ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන අධෝරක්ත ලේසර් හි දෛශික විභවයට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට ඉරි නිපදවයි. ලේසර්හි විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය කාලය සමඟ භ්‍රමණය වන බැවින්, ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝනයේ ගම්‍යතා ව්‍යාප්තිය ඉලෙක්ට්‍රෝන විමෝචන කාලය මගින් තීරණය වන අතර, විමෝචන කාලයේ කෝණික මාදිලිය සහ ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝනයේ ගම්‍යතා ව්‍යාප්තිය අතර සම්බන්ධතාවය ස්ථාපිත කෙරේ. ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන ගම්‍යතාවයේ ව්‍යාප්තිය මනිනු ලබන්නේ කොක්සියල් වේගවත් සිතියම්කරණ රූප වර්ණාවලීක්ෂයක් භාවිතා කරමිනි. ව්‍යාප්තිය සහ වර්ණාවලි ප්‍රතිඵල මත පදනම්ව, ඇටොස්ටකොන්ත් ස්පන්දනවල කාල-වසම් තරංග ආකාරය නැවත සකස් කළ හැකිය. රූපය 2 (අ) ස්පන්දන කාල සීමාවේ ව්‍යාප්තිය පෙන්නුම් කරයි, මධ්‍යන්‍යය 440 කි. අවසාන වශයෙන්, ස්පන්දන ශක්තිය මැනීම සඳහා වායු අධීක්ෂණ අනාවරකය භාවිතා කරන ලද අතර, රූපය 2 (ආ) හි පෙන්වා ඇති පරිදි උච්ච ස්පන්දන බලය සහ ස්පන්දන කාලසීමාව අතර විසිරුම් සටහන ගණනය කරන ලදී. වින්‍යාස තුන විවිධ ඉලෙක්ට්‍රෝන කදම්භ නාභිගත කිරීමේ තත්වයන්, තරංග සංවහන තත්වයන් සහ චුම්භක සම්පීඩක ප්‍රමාද තත්වයන්ට අනුරූප වේ. වින්‍යාස තුන පිළිවෙලින් 150, 200 සහ 260 µJ සාමාන්‍ය ස්පන්දන ශක්තියක් ලබා දුන් අතර උපරිම උච්ච බලය 1.1 TW විය.

රූපය 2. (අ) අර්ධ-උස සම්පූර්ණ පළල (FWHM) ස්පන්දන කාල සීමාවේ ව්‍යාප්ති හිස්ටෝග්‍රෑම්; (ආ) උපරිම බලයට සහ ස්පන්දන කාල සීමාවට අනුරූප වන විසිරුම් සටහන

මීට අමතරව, අධ්‍යයනයේදී පළමු වරට X-කිරණ කලාපයේ සොලිටන් වැනි අධිවිමෝචන සංසිද්ධිය නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර එය විස්තාරණය අතරතුර අඛණ්ඩ ස්පන්දන කෙටි කිරීමක් ලෙස පෙනේ. එය ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ විකිරණ අතර ශක්තිමත් අන්තර්ක්‍රියාවක් නිසා ඇති වන අතර, ශක්තිය ඉලෙක්ට්‍රෝනයෙන් X-කිරණ ස්පන්දනයේ හිසට සහ ස්පන්දනයේ වලිගයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝනයට වේගයෙන් මාරු වේ. මෙම සංසිද්ධිය පිළිබඳ ගැඹුරු අධ්‍යයනයක් හරහා, කෙටි කාලසීමාවක් සහ ඉහළ උච්ච බලයක් සහිත X-කිරණ ස්පන්දන සුපිරි විකිරණ විස්තාරණ ක්‍රියාවලිය දීර්ඝ කිරීමෙන් සහ සොලිටන් වැනි මාදිලියේ ස්පන්දන කෙටි කිරීමේ වාසිය ලබා ගැනීමෙන් තවදුරටත් සාක්ෂාත් කරගත හැකි යැයි අපේක්ෂා කෙරේ.