TW শ্রেণীর অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে পালস লেজার
অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রেপালস লেজারউচ্চ ক্ষমতা এবং স্বল্প স্পন্দনকাল হলো অতিদ্রুত অরৈখিক বর্ণালীবীক্ষণ এবং এক্স-রে বিচ্ছুরণ চিত্রণ অর্জনের মূল চাবিকাঠি। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের গবেষক দলটি দুই-পর্যায়ের একটি ক্যাসকেড ব্যবহার করেছে।এক্স-রে মুক্ত ইলেকট্রন লেজারবিচ্ছিন্ন অ্যাটোসেকেন্ড পালস নির্গত করার জন্য। বিদ্যমান প্রতিবেদনগুলোর তুলনায়, পালসগুলোর গড় শীর্ষ শক্তি এক মাত্রা বৃদ্ধি পেয়েছে, সর্বোচ্চ শীর্ষ শক্তি হলো ১.১ টেরাওয়াট (TW), এবং মধ্যক শক্তি ১০০ মাইক্রোজুলের (μJ) বেশি। এই গবেষণাটি এক্স-রে ক্ষেত্রে সলিটন-সদৃশ অতি-বিকিরণ আচরণের জোরালো প্রমাণও প্রদান করে।উচ্চ-শক্তি লেজারউচ্চ-ক্ষেত্র পদার্থবিদ্যা, অ্যাটোসেকেন্ড স্পেকট্রোস্কোপি এবং লেজার কণা ত্বরণযন্ত্র সহ গবেষণার অনেক নতুন ক্ষেত্রের সূচনা করেছে। সব ধরনের লেজারের মধ্যে, এক্স-রে চিকিৎসাগত রোগ নির্ণয়, শিল্পক্ষেত্রে ত্রুটি শনাক্তকরণ, নিরাপত্তা পরিদর্শন এবং বৈজ্ঞানিক গবেষণায় ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এক্স-রে ফ্রি-ইলেকট্রন লেজার (XFEL) অন্যান্য এক্স-রে উৎপাদন প্রযুক্তির তুলনায় সর্বোচ্চ এক্স-রে শক্তিকে কয়েকগুণ বাড়িয়ে দিতে পারে, যার ফলে উচ্চ শক্তির প্রয়োজন হয় এমন নন-লিনিয়ার স্পেকট্রোস্কোপি এবং একক-কণা ডিফ্র্যাকশন ইমেজিংয়ের মতো ক্ষেত্রে এক্স-রের প্রয়োগ প্রসারিত হয়েছে। সাম্প্রতিক সফল অ্যাটোসেকেন্ড XFEL অ্যাটোসেকেন্ড বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিতে একটি বড় সাফল্য, যা বেঞ্চটপ এক্স-রে উৎসের তুলনায় উপলব্ধ সর্বোচ্চ শক্তিকে ছয়গুণেরও বেশি বাড়িয়ে দিয়েছে।
মুক্ত ইলেকট্রন লেজারসম্মিলিত অস্থিতিশীলতা ব্যবহার করে স্বতঃস্ফূর্ত নিঃসরণ স্তরের চেয়ে বহুগুণ বেশি পালস শক্তি অর্জন করা যায়, যা রিলেটিভিস্টিক ইলেকট্রন বিমের বিকিরণ ক্ষেত্র এবং ম্যাগনেটিক অসিলেটরের অবিচ্ছিন্ন মিথস্ক্রিয়ার কারণে ঘটে। হার্ড এক্স-রে পরিসরে (প্রায় ০.০১ ন্যানোমিটার থেকে ০.১ ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্য), বান্ডেল কম্প্রেশন এবং পোস্ট-স্যাচুরেশন কোনিং কৌশলের মাধ্যমে এফইএল অর্জন করা হয়। সফট এক্স-রে পরিসরে (প্রায় ০.১ ন্যানোমিটার থেকে ১০ ন্যানোমিটার তরঙ্গদৈর্ঘ্য), ক্যাসকেড ফ্রেশ-স্লাইস প্রযুক্তির মাধ্যমে এফইএল প্রয়োগ করা হয়। সম্প্রতি, এনহ্যান্সড সেলফ-অ্যাম্পলিফাইড স্পন্টেনিয়াস এমিশন (ESASE) পদ্ধতি ব্যবহার করে ১০০ গিগাওয়াট শীর্ষ ক্ষমতার অ্যাটোসেকেন্ড পালস তৈরি করার খবর পাওয়া গেছে।
গবেষক দলটি লিনাক কোহেরেন্ট থেকে নির্গত সফট এক্স-রে অ্যাটোসেকেন্ড পালসকে বিবর্ধিত করার জন্য XFEL-ভিত্তিক একটি দ্বি-পর্যায়ের বিবর্ধন ব্যবস্থা ব্যবহার করেছে।আলোর উৎসTW স্তরে, যা পূর্ববর্তী প্রকাশিত ফলাফলের তুলনায় এক মাত্রা উন্নত। পরীক্ষামূলক ব্যবস্থাটি চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে। ESASE পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে, একটি উচ্চ কারেন্ট স্পাইকযুক্ত ইলেকট্রন বিম পাওয়ার জন্য ফটোক্যাথোড এমিটারকে মডুলেট করা হয় এবং এটি অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে পালস তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। প্রাথমিক পালসটি ইলেকট্রন বিমের স্পাইকের সামনের প্রান্তে অবস্থিত, যেমনটি চিত্র ১-এর উপরের বাম কোণে দেখানো হয়েছে। যখন XFEL স্যাচুরেশনে পৌঁছায়, তখন একটি ম্যাগনেটিক কম্প্রেসার দ্বারা ইলেকট্রন বিমকে এক্স-রের সাপেক্ষে বিলম্বিত করা হয়, এবং তারপর পালসটি সেই ইলেকট্রন বিমের (ফ্রেশ স্লাইস) সাথে মিথস্ক্রিয়া করে যা ESASE মডুলেশন বা FEL লেজার দ্বারা পরিবর্তিত হয়নি। অবশেষে, ফ্রেশ স্লাইসের সাথে অ্যাটোসেকেন্ড পালসের মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে এক্স-রে আরও বিবর্ধিত করার জন্য একটি দ্বিতীয় ম্যাগনেটিক আনডুলেটর ব্যবহার করা হয়।
চিত্র ১। পরীক্ষামূলক যন্ত্রের ডায়াগ্রাম; চিত্রটিতে অনুদৈর্ঘ্য ফেজ স্পেস (ইলেকট্রনের সময়-শক্তি ডায়াগ্রাম, সবুজ), কারেন্ট প্রোফাইল (নীল), এবং প্রথম-ক্রম বিবর্ধনের ফলে উৎপন্ন বিকিরণ (বেগুনি) দেখানো হয়েছে। XTCAV, এক্স-ব্যান্ড ট্রান্সভার্স ক্যাভিটি; cVMI, কোঅ্যাক্সিয়াল র্যাপিড ম্যাপিং ইমেজিং সিস্টেম; FZP, ফ্রেসনেল ব্যান্ড প্লেট স্পেকট্রোমিটার।
সমস্ত অ্যাটোসেকেন্ড পালস নয়েজ থেকে তৈরি হয়, তাই প্রতিটি পালসের ভিন্ন ভিন্ন স্পেকট্রাল এবং টাইম-ডোমেইন বৈশিষ্ট্য থাকে, যা গবেষকরা আরও বিস্তারিতভাবে অনুসন্ধান করেছেন। স্পেকট্রার ক্ষেত্রে, তারা বিভিন্ন সমতুল্য আনডুলেটর দৈর্ঘ্যে স্বতন্ত্র পালসের স্পেকট্রা পরিমাপ করার জন্য একটি ফ্রেসনেল ব্যান্ড প্লেট স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করেন এবং দেখতে পান যে এই স্পেকট্রাগুলো সেকেন্ডারি অ্যামপ্লিফিকেশনের পরেও মসৃণ তরঙ্গাকৃতি বজায় রাখে, যা নির্দেশ করে যে পালসগুলো ইউনিমোডাল ছিল। টাইম ডোমেইনে, কৌণিক ফ্রিঞ্জ পরিমাপ করা হয় এবং পালসের টাইম ডোমেইন তরঙ্গাকৃতির বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করা হয়। চিত্র ১-এ যেমন দেখানো হয়েছে, এক্স-রে পালসটি বৃত্তীয়ভাবে পোলারাইজড ইনফ্রারেড লেজার পালসের সাথে উপরিপাতিত করা হয়। এক্স-রে পালস দ্বারা আয়নিত ফটোইলেকট্রনগুলো ইনফ্রারেড লেজারের ভেক্টর পোটেনশিয়ালের বিপরীত দিকে স্ট্রিক তৈরি করবে। যেহেতু লেজারের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র সময়ের সাথে সাথে ঘোরে, তাই ফটোইলেকট্রনের ভরবেগের বণ্টন ইলেকট্রন নিঃসরণের সময় দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং নিঃসরণের সময়ের কৌণিক মোড ও ফটোইলেকট্রনের ভরবেগের বণ্টনের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করা হয়। একটি কোঅ্যাক্সিয়াল ফাস্ট ম্যাপিং ইমেজিং স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে ফটোইলেকট্রনের ভরবেগের বণ্টন পরিমাপ করা হয়। বন্টন এবং বর্ণালী ফলাফলের উপর ভিত্তি করে, অ্যাটোসেকেন্ড পালসের টাইম-ডোমেইন তরঙ্গরূপ পুনর্গঠন করা যেতে পারে। চিত্র ২ (ক)-তে পালস স্থিতিকাল-এর বন্টন দেখানো হয়েছে, যার মধ্যক হলো ৪৪০ অ্যাটোসেকেন্ড। পরিশেষে, পালস শক্তি পরিমাপ করার জন্য গ্যাস মনিটরিং ডিটেক্টর ব্যবহার করা হয়েছিল, এবং চিত্র ২ (খ)-তে দেখানো সর্বোচ্চ পালস শক্তি ও পালস স্থিতিকাল-এর মধ্যকার স্ক্যাটার প্লটটি গণনা করা হয়েছিল। তিনটি কনফিগারেশন ভিন্ন ভিন্ন ইলেকট্রন বিম ফোকাসিং শর্ত, ওয়েভার কোনিং শর্ত এবং ম্যাগনেটিক কম্প্রেসার ডিলে শর্তের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। এই তিনটি কনফিগারেশন থেকে প্রাপ্ত গড় পালস শক্তি ছিল যথাক্রমে ১৫০, ২০০ এবং ২৬০ মাইক্রোজুল, এবং সর্বোচ্চ পিক পাওয়ার ছিল ১.১ টেরাওয়াট।
চিত্র ২. (ক) অর্ধ-উচ্চতা পূর্ণ-প্রস্থ (FWHM) পালস স্থিতিকাল-এর বন্টন হিস্টোগ্রাম; (খ) শীর্ষ শক্তি এবং পালস স্থিতিকাল-এর সংশ্লিষ্ট স্ক্যাটার প্লট।
এছাড়াও, এই গবেষণায় প্রথমবারের মতো এক্স-রে ব্যান্ডে সলিটন-সদৃশ সুপারএমিশন নামক একটি ঘটনা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে, যা বিবর্ধনের সময় একটি অবিচ্ছিন্ন পালস সংক্ষিপ্তকরণ হিসাবে দেখা যায়। এটি ইলেকট্রন এবং বিকিরণের মধ্যে একটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়ার কারণে ঘটে, যেখানে শক্তি দ্রুত ইলেকট্রন থেকে এক্স-রে পালসের অগ্রভাগে এবং পালসের লেজ থেকে আবার ইলেকট্রনে স্থানান্তরিত হয়। এই ঘটনাটির গভীর অধ্যয়নের মাধ্যমে, সুপাররেডিয়েশন বিবর্ধন প্রক্রিয়াকে প্রসারিত করে এবং সলিটন-সদৃশ মোডে পালস সংক্ষিপ্তকরণের সুবিধা গ্রহণ করে স্বল্পতর সময়কাল ও উচ্চতর শীর্ষ শক্তি সম্পন্ন এক্স-রে পালস আরও বাস্তবায়ন করা সম্ভব হবে বলে আশা করা যায়।
পোস্ট করার সময়: ২৭-মে-২০২৪