Учёные разработали метод анализа электронных пучков для компактных рентгеновских источников

Международная группа исследователей под руководством Мичиганского университета разработала новый метод анализа электронных импульсов, которые могут генерировать лазероподобные рентгеновские импульсы. Это важный шаг к созданию компактных и доступных источников сверхъяркого рентгеновского излучения.

На графике показан импульс электронов по оси X и угол прибытия по оси Y. Цвета указывают количество электронов, приходящих под определенным углом и импульсом

Такие рентгеновские импульсы длительностью в фемтосекунды (квадриллионные доли секунды) позволяют делать «снимки» химических реакций, раскрывая хореографию атомов и молекул. Это открывает возможности для передовых исследований в химии, биологии, материаловедении и физике, а также для медицинской визуализации мягких тканей и органов.

«Мы надеемся, что лазерно-плазменные ускорители смогут уменьшить размеры установок XFEL до настольного формата и значительно увеличить доступ к источникам рентгеновского излучения», — заявил профессор Алек Томас, ведущий автор исследования, опубликованного в Physical Review X.

Схема экспериментальной установки

Новый метод использует фемтосекундный лазерный импульс, проходящий через газовое облако. Свет вырывает электроны из атомов газа, и некоторые из этих электронов увлекаются вслед за лазерным импульсом — явление, известное как лазерное ускорение в следовой волне.

Команда продемонстрировала метод картирования электронов в импульсе с временным разрешением около одной фемтосекунды, что лучше, чем диагностика в современных обычных ускорителях. Измерения проводились на лазере Gemini в Великобритании.

Для реконструкции деталей исходного импульса исследователи использовали алгоритм машинного обучения. Эта информация может использоваться для настройки качеств электронных пучков в будущих компактных рентгеновских установках.

Дальнейшие эксперименты запланированы в европейской Extreme Light Infrastructure в Чехии и на самом мощном лазере США ZEUS в Мичиганском университете.