محققان روشی غیرتهاجمی را برای اندازه‌گیری تحول انرژی یک دسته‌ الکترون در داخل شتابدهنده لیزر پلاسما نشان داده‌اند.

شتاب دادن ذرات تا سرعت های نسبیتی معمولاً به شتابدهنده های ذرات نیازمند است که چندین کیلومتر طول دارند. شتابدهنده های ذرات مینیاتوری به طول چند ده سانتی متر یا کوچکتر نیز وجود دارند. این به اصطلاح شتابدهنده‌های لیزر پلاسما در مراکز تحقیقاتی برای استفاده آتی در بیمارستان‌ها آزمایش می‌شوند، جایی که دانشمندان امیدوارند شتابدهنده‌ها بتوانند برای تشخیص و درمان سرطان، اشعه ایکس تولید کنند. در این دستگاه‌ها، ذرات توسط پالس‌های لیزری کوتاه شتاب می‌گیرند، بنابراین دانشمندان تنها چند فمتوثانیه فرصت دارند تا خواص تحولی ذرات را ردیابی کنند.

اکنون سیمون بولن Simon Bohlen از سنکروترون الکترونی آلمان(DESY) و همکارانش به طور تجربی روشی را برای اندازه‌گیری تحول انرژی یک دسته الکترون در داخل شتاب‌دهنده لیزر پلاسما نشان داده اند [1]. گروه امیدوار است که این روش بتواند برای بهبود شتاب‌دهنده‌های لیزر پلاسما و آماده‌سازی آن‌ها برای تولید اشعه ایکس در کاربردهای پزشکی مورد استفاده واقع شود.

بولن و همکارانش برای نمایش خود از پدیده ای به نام پراکندگی تامسون استفاده کردند که پراکندگی فوتون توسط الکترون است. آنها پرتو لیزری را که برای شتاب دادن به الکترون‌ها استفاده می‌شد به دو بخش تقسیم کردند، از یک قسمت برای شتاب دادن معمولی الکترون ها استفاده کردند و از قسمت دیگر برای ایجاد لیزر تامسون- یعنی باریکه ای از فوتون‌ها که الکترون‌های شتابدار می‌توانند پراکنده شان کنند. آنها سپس لیزر تامسون و الکترون‌های شتاب‌گرفته را به‌گونه‌ای روی هم انداختند که این دو در یک فاصله 400 میکرومتری، در 20 نقطه برهم‌کنش داشتند. گروه تحقیق، انرژی فوتون های پراکنده شده در طول این فعل و انفعالات را با استفاده از آشکارساز اشعه ایکس اندازه گیری کردند. از این اندازه گیری ها، گروه توانست تحول انرژی الکترون ها در بیشتر طول شتابدهنده را بدون تخریب باریکه الکترونی بازسازی کند.

[1]. S. Bohlen et al., “In situ measurement of electron energy evolution in a laser-plasma accelerator,” Phys. Rev. Lett. 129, 244801 (2022).

منبع:

Energy Evolution of Electrons Measured Noninvasively