Kompaktes Gaspedal erzeugt zig Milliarden Elektronenvolt Energie, indem es Elektronen im Kielwasser des Lasers surfen lässt

Partikelgaspedale haben ein großes Potenzial für Halbleiteranwendungen, medizinische Bildgebung und Therapie sowie Material-, Energie- und medizinische Forschung. Herkömmliche Gaspedale erfordern jedoch viel Platz zum Betrieb, sind sehr teuer und nur in wenigen nationalen Labors und Universitäten erhältlich. Laut der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Matter and Radiation in Extreme Conditions hat ein Forscherteam, darunter die University of Texas in Austin, ein kompaktes Teilchengaspedal mit einer Länge von weniger als 20 Metern namens Advanced Laser Tail Field Accelerator demonstriert, das eine erzeugt Elektronenstrahl mit einer Energie von 10 Milliarden Elektronenvolt.
Derzeit gibt es in den USA nur zwei Gaspedale, die solch hohe Elektronenenergien erreichen können, aber beide sind 3 Kilometer lang. Jetzt können Forscher solch hohe Energien in einer Kammer innerhalb von 10 Zentimetern erreichen.
Laser-Wakefield-Gaspedale basieren auf dem Prinzip, Heliumgas mit einem extrem leistungsstarken Laser zu verschießen, der es zu einem Plasma erhitzt und Wellen erzeugt, die Elektronen aus dem Gas herausschlagen und so einen hochenergetischen Elektronenstrahl erzeugen. Das Konzept wurde seit seinem Vorschlag im Jahr 1979 weithin bekannt gemacht.
Diesmal beruht der wichtigste Fortschritt des Forschungsteams auf Nanopartikeln. Ein Hilfslaser trifft auf eine Metallplatte im Inneren der Gaskammer, die einen Strom metallischer Nanopartikel injiziert, der die von der Welle auf die Elektronen übertragene Energie verstärkt.
Der Laser hinterlässt wie ein Boot, das über die Oberfläche eines Sees gleitet, eine Spur, und die Elektronen reiten auf dieser Plasmawelle wie ein Kielwassersurfer. Die Forscher vergleichen dies mit der Schwierigkeit, dass ein Surfer unkontrolliert in eine Welle gerät, sodass er normalerweise von einem Motorboot in die Welle gezogen wird. Im neuen Gaspedal gleichen die Nanopartikel einem Motorboot und geben ihre Elektronen am richtigen Ort und zur richtigen Zeit ab, sodass sie alle auf der Heckwelle „surfen“ können.
In ihren Experimenten verwendeten die Forscher einen der leistungsstärksten gepulsten Laser der Welt, den Texas Tile Laser, der einmal pro Stunde einen ultrastarken Lichtimpuls aussendet, der aber nur 150 Femtosekunden dauert.
Das Team erforscht derzeit die Verwendung seines Gaspedals für verschiedene Zwecke, beispielsweise zum Testen der Strahlungsbeständigkeit von Weltraumelektronik, zum Fotografieren der 3D-Innenteile von Chipdesigns und sogar zur Entwicklung neuer Krebstherapien und fortschrittlicher medizinischer Bildgebungstechniken.
Das Gaspedal könnte auch dazu verwendet werden, einen Röntgen-Freie-Elektronen-Laser anzutreiben, ein Gerät, das Zeitlupenfilme von Ereignissen auf atomarer oder molekularer Ebene wie Medikamenten-Zell-Wechselwirkungen oder Veränderungen in einer Batterie, die einen Brand verursachen, aufnehmen kann Zunächst einmal geht es um chemische Reaktionen innerhalb eines Solarpanels und um die Art und Weise, wie virale Proteine ​​ihre Form ändern, wenn sie eine Zelle infizieren.