Компактная педаль газа генерирует десятки миллиардов электрон-вольт энергии, позволяя электронам путешествовать вслед за лазером

Педали газовых частиц имеют большой потенциал для применения в полупроводниках, медицинской визуализации и терапии, а также в материалах, энергетике и медицинских исследованиях. Но традиционные педали газа требуют большого пространства для работы, очень дороги и доступны только в нескольких национальных лабораториях и университетах. Согласно последнему выпуску журнала «Материя и радиация в экстремальных условиях», группа исследователей, в том числе из Техасского университета в Остине, продемонстрировала компактную газовую педаль частиц длиной менее 20 метров, называемую усовершенствованным лазерным ускорителем хвостового поля, которая производит электронный пучок с энергией 10 миллиардов электронвольт.
В настоящее время в США есть только две педали газа, которые могут достигать таких высоких энергий электронов, но обе имеют длину 3 километра. Теперь исследователи могут достичь таких высоких энергий в камере глубиной до 10 сантиметров.
Газовые педали лазерного кильватерного поля основаны на принципе стрельбы газообразным гелием чрезвычайно мощным лазером, который нагревает его до состояния плазмы и создает волны, выбивающие электроны из газа, создавая высокоэнергетический электронный луч. Эта концепция получила широкую огласку с тех пор, как была предложена в 1979 году.
На этот раз ключевое достижение исследовательской группы основано на наночастицах. Вспомогательный лазер поражает металлическую пластину внутри газовой камеры, которая выбрасывает поток металлических наночастиц, усиливающих энергию, передаваемую от волны к электронам.
Лазер, подобно лодке, скользящей по поверхности озера, оставляет след, и электроны катаются на этой плазменной волне, как серфер по вейксерфингу. Исследователи сравнивают это с трудностью серфера попасть в волну без контроля, поэтому обычно моторная лодка затягивает серфера в волну. В новой педали газа наночастицы являются эквивалентом моторной лодки, выпуская свои электроны в нужный момент и в нужное время, поэтому все они могут «скользить» по хвостовой волне.
В своих экспериментах исследователи использовали один из самых мощных в мире импульсных лазеров Texas Tile Laser, который излучает сверхмощный импульс света раз в час, но длится всего 150 фемтосекунд.
В настоящее время команда изучает возможность использования педали газа для различных целей, таких как проверка способности космической электроники противостоять радиации, фотографирование внутренних частей конструкций чипов в 3D и даже разработка новых методов лечения рака и передовых методов медицинской визуализации.
Педаль газа также можно использовать для питания рентгеновского лазера на свободных электронах, устройства, которое может снимать замедленные видеоролики о событиях атомного или молекулярного масштаба, таких как взаимодействие лекарств с клетками, изменения внутри батареи, вызывающие пожар. Для начала — химические реакции внутри солнечной панели и то, как вирусные белки меняют форму при заражении клетки.