TW ক্লাস অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে পালস লেজার
অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রেপালস লেজারউচ্চ শক্তি এবং স্বল্প পালস সময়কাল অতি দ্রুত নন-লিনিয়ার স্পেকট্রোস্কোপি এবং এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন ইমেজিং অর্জনের মূল চাবিকাঠি। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের গবেষণা দল দুটি-পর্যায়ের ক্যাসকেড ব্যবহার করেছেএক্স-রে মুক্ত ইলেকট্রন লেজারবিচ্ছিন্ন অ্যাটোসেকেন্ড পালস আউটপুট করার জন্য। বিদ্যমান প্রতিবেদনের সাথে তুলনা করলে, পালসের গড় সর্বোচ্চ শক্তি মাত্রার ক্রম দ্বারা বৃদ্ধি পায়, সর্বোচ্চ সর্বোচ্চ শক্তি 1.1 TW, এবং মধ্যম শক্তি 100 μJ এর বেশি। গবেষণাটি এক্স-রে ক্ষেত্রে সলিটন-সদৃশ সুপাররেডিয়েশন আচরণের জন্যও শক্তিশালী প্রমাণ সরবরাহ করে।উচ্চ-শক্তি লেজারউচ্চ-ক্ষেত্র পদার্থবিদ্যা, অ্যাটোসেকেন্ড স্পেকট্রোস্কোপি এবং লেজার পার্টিকেল অ্যাক্সিলারেটর সহ গবেষণার অনেক নতুন ক্ষেত্রকে এগিয়ে নিয়েছে। সকল ধরণের লেজারের মধ্যে, এক্স-রে চিকিৎসা রোগ নির্ণয়, শিল্প ত্রুটি সনাক্তকরণ, সুরক্ষা পরিদর্শন এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণায় ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এক্স-রে ফ্রি-ইলেকট্রন লেজার (XFEL) অন্যান্য এক্স-রে জেনারেশন প্রযুক্তির তুলনায় সর্বোচ্চ এক্স-রে শক্তিকে কয়েকগুণ বাড়িয়ে দিতে পারে, এইভাবে উচ্চ শক্তির প্রয়োজনে নন-লিনিয়ার স্পেকট্রোস্কোপি এবং একক-কণা বিবর্তন ইমেজিংয়ের ক্ষেত্রে এক্স-রে প্রয়োগ প্রসারিত করে। সাম্প্রতিক সফল অ্যাটোসেকেন্ড XFEL অ্যাটোসেকেন্ড বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিতে একটি বড় অর্জন, যা বেঞ্চটপ এক্স-রে উৎসের তুলনায় উপলব্ধ সর্বোচ্চ শক্তিকে ছয়গুণেরও বেশি মাত্রায় বৃদ্ধি করে।
বিনামূল্যে ইলেকট্রন লেজারআপেক্ষিক ইলেকট্রন রশ্মি এবং চৌম্বকীয় দোলকের বিকিরণ ক্ষেত্রের ক্রমাগত মিথস্ক্রিয়ার কারণে সৃষ্ট যৌথ অস্থিরতা ব্যবহার করে স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন স্তরের চেয়ে বহুগুণ বেশি মাত্রার পালস শক্তি অর্জন করা সম্ভব। হার্ড এক্স-রে পরিসরে (প্রায় 0.01 nm থেকে 0.1 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য), FEL বান্ডেল কম্প্রেশন এবং পোস্ট-স্যাচুরেশন কনিং কৌশল দ্বারা অর্জন করা হয়। নরম এক্স-রে পরিসরে (প্রায় 0.1 nm থেকে 10 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য), FEL ক্যাসকেড ফ্রেশ-স্লাইস প্রযুক্তি দ্বারা প্রয়োগ করা হয়। সম্প্রতি, উন্নত স্ব-পরিবর্ধিত স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমন (ESASE) পদ্ধতি ব্যবহার করে 100 GW এর সর্বোচ্চ শক্তি সহ অ্যাটোসেকেন্ড পালস উৎপন্ন হওয়ার খবর পাওয়া গেছে।
গবেষণা দলটি XFEL-এর উপর ভিত্তি করে একটি দ্বি-পর্যায়ের পরিবর্ধন ব্যবস্থা ব্যবহার করেছে যাতে লিনাক কোহেরেন্ট থেকে নরম এক্স-রে অ্যাটোসেকেন্ড পালস আউটপুট বৃদ্ধি পায়।আলোর উৎসTW স্তরে, রিপোর্ট করা ফলাফলের তুলনায় মাত্রার উন্নতির একটি ক্রম। পরীক্ষামূলক সেটআপ চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে। ESASE পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে, ফটোক্যাথোড নির্গমনকারীকে উচ্চ কারেন্ট স্পাইক সহ একটি ইলেকট্রন রশ্মি পেতে মডিউল করা হয় এবং এটি অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে পালস তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। চিত্র 1 এর উপরের বাম কোণে দেখানো হয়েছে যে প্রাথমিক পালসটি ইলেকট্রন রশ্মির স্পাইকের সামনের প্রান্তে অবস্থিত। যখন XFEL স্যাচুরেশনে পৌঁছায়, তখন একটি চৌম্বকীয় সংকোচকারী দ্বারা এক্স-রে-এর তুলনায় ইলেকট্রন রশ্মি বিলম্বিত হয় এবং তারপরে পালসটি ইলেকট্রন রশ্মির (তাজা স্লাইস) সাথে মিথস্ক্রিয়া করে যা ESASE মড্যুলেশন বা FEL লেজার দ্বারা পরিবর্তিত হয় না। অবশেষে, একটি দ্বিতীয় চৌম্বকীয় আনডুলেটর ব্যবহার করা হয় অ্যাটোসেকেন্ড পালসের সাথে তাজা স্লাইসের মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে এক্স-রেকে আরও প্রশস্ত করার জন্য।
চিত্র ১ পরীক্ষামূলক ডিভাইস চিত্র; চিত্রটিতে অনুদৈর্ঘ্য পর্যায়ের স্থান (সবুজ রঙের ইলেকট্রনের সময়-শক্তি চিত্র), বর্তমান প্রোফাইল (নীল) এবং প্রথম-ক্রম পরিবর্ধন (বেগুনি) দ্বারা উৎপাদিত বিকিরণ দেখানো হয়েছে। XTCAV, X-ব্যান্ড ট্রান্সভার্স ক্যাভিটি; cVMI, কোঅক্সিয়াল র্যাপিড ম্যাপিং ইমেজিং সিস্টেম; FZP, ফ্রেসনেল ব্যান্ড প্লেট স্পেকট্রোমিটার
সমস্ত অ্যাটোসেকেন্ড পালস শব্দ থেকে তৈরি, তাই প্রতিটি পালসের আলাদা বর্ণালী এবং সময়-ডোমেন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা গবেষকরা আরও বিশদে অনুসন্ধান করেছেন। বর্ণালীর ক্ষেত্রে, তারা বিভিন্ন সমতুল্য আনডুলেটর দৈর্ঘ্যে পৃথক পালসের বর্ণালী পরিমাপ করার জন্য একটি ফ্রেসনেল ব্যান্ড প্লেট স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করেছিলেন এবং দেখেছেন যে এই বর্ণালীগুলি সেকেন্ডারি অ্যামপ্লিফিকেশনের পরেও মসৃণ তরঙ্গরূপ বজায় রেখেছে, যা ইঙ্গিত করে যে পালসগুলি একমুখী রয়ে গেছে। সময় ডোমেনে, কৌণিক প্রান্ত পরিমাপ করা হয় এবং পালসের সময় ডোমেন তরঙ্গরূপ চিহ্নিত করা হয়। চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে, এক্স-রে পালসটি বৃত্তাকারভাবে মেরুকৃত ইনফ্রারেড লেজার পালসের সাথে ওভারল্যাপ করা হয়েছে। এক্স-রে পালস দ্বারা আয়নিত ফটোইলেক্ট্রনগুলি ইনফ্রারেড লেজারের ভেক্টর পটেনশিয়ালের বিপরীত দিকে রেখা তৈরি করবে। যেহেতু লেজারের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সময়ের সাথে ঘোরে, ফটোইলেক্ট্রনের ভরবেগ বিতরণ ইলেকট্রন নির্গমনের সময় দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং নির্গমন সময়ের কৌণিক মোড এবং ফটোইলেক্ট্রনের ভরবেগ বিতরণের মধ্যে সম্পর্ক প্রতিষ্ঠিত হয়। একটি কোঅ্যাক্সিয়াল ফাস্ট ম্যাপিং ইমেজিং স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে ফটোইলেকট্রন ভরবেগের বন্টন পরিমাপ করা হয়। বন্টন এবং বর্ণালী ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, অ্যাটোসেকেন্ড পালসের সময়-ডোমেন তরঙ্গরূপ পুনর্গঠন করা যেতে পারে। চিত্র 2 (a) পালস সময়কালের বন্টন দেখায়, যার মধ্যমা 440 as। অবশেষে, পালস শক্তি পরিমাপ করার জন্য গ্যাস মনিটরিং ডিটেক্টর ব্যবহার করা হয়েছিল, এবং চিত্র 2 (b) তে দেখানো পিক পালস পাওয়ার এবং পালস সময়কালের মধ্যে স্ক্যাটার প্লট গণনা করা হয়েছিল। তিনটি কনফিগারেশন বিভিন্ন ইলেকট্রন বিম ফোকাসিং অবস্থা, ওয়েভার কনিং অবস্থা এবং চৌম্বকীয় সংকোচকারী বিলম্ব অবস্থার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। তিনটি কনফিগারেশন যথাক্রমে 150, 200 এবং 260 µJ এর গড় পালস শক্তি প্রদান করে, যার সর্বোচ্চ পিক পাওয়ার 1.1 TW।
চিত্র ২. (ক) অর্ধ-উচ্চতা পূর্ণ প্রস্থ (FWHM) পালস সময়কালের বন্টন হিস্টোগ্রাম; (খ) সর্বোচ্চ শক্তি এবং পালস সময়কালের সাথে সম্পর্কিত স্ক্যাটার প্লট
এছাড়াও, গবেষণায় প্রথমবারের মতো এক্স-রে ব্যান্ডে সলিটন-সদৃশ সুপারইমিশনের ঘটনাটিও পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে, যা পরিবর্ধনের সময় ক্রমাগত পালস সংক্ষিপ্তকরণ হিসাবে দেখা যায়। এটি ইলেকট্রন এবং বিকিরণের মধ্যে একটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়ার কারণে ঘটে, যার ফলে শক্তি দ্রুত ইলেকট্রন থেকে এক্স-রে পালসের মাথায় স্থানান্তরিত হয় এবং পালসের লেজ থেকে ইলেকট্রনে ফিরে আসে। এই ঘটনার গভীর অধ্যয়নের মাধ্যমে, আশা করা হচ্ছে যে স্বল্প সময়কাল এবং উচ্চতর সর্বোচ্চ শক্তি সহ এক্স-রে পালসগুলি সুপাররেডিয়েশন পরিবর্ধন প্রক্রিয়াটি প্রসারিত করে এবং সলিটন-সদৃশ মোডে পালস সংক্ষিপ্তকরণের সুবিধা গ্রহণ করে আরও উপলব্ধি করা যেতে পারে।
পোস্টের সময়: মে-২৭-২০২৪