Tehnika zračenja može ponuditi manje štetnu alternativu rendgenskim zrakama

Hipernormalizacija (Lipanj 2019).

Anonim

Novi izvor intenzivnog terahertz (THz) zračenja, koji bi mogao ponuditi manje štetnu alternativu rendgenskim zrakama i ima snažan potencijal za korištenje u industriji, razvijaju znanstvenici sa Sveučilišta Strathclyde i Capital Normal University u Pekingu.

Za razliku od vidljive svjetlosti, THz zračenje prodire u materijale kao što su plastika, karton, drvo i kompozitni materijali, što je izvrsna zamjena za štetne rendgenske zrake koje se koriste u snimanju i sigurnosti.

Iako je poznato da THz elektromagnetski valovi mogu nositi ultra-visoku propusnost komunikacije, daleko iznad onih Wi-Fi, to je manje poznato da je vrlo korisna sonda za otkrivanje molekula i analizu poluvodiča.

Istraživački tim na čelu s profesorom Dinom Jarosynski, iz Strathclydeovog odjela za fiziku, eksperimentalno je pokazao da se laserski polarni kratkospojnik (LWFA) može proizvesti bezrezervno visokog naboja relativističkih elektrona. One se proizvode uz uobičajene grede visoke energije, niske napunjenosti koje emitiraju.

Tim je pokazao da kada se intenzivan ultra kratak pulsni laser usmjeri u plinoviti helij, formira se plazma mjehurić koji se kreće pri gotovo brzini svjetlosti. Ove visoko napunjene elektronske snopove razlikuju se od uobičajene niske naboja (pikocoloumb), visoke energije (100s MeV do GeV), femtosekundnih elektronskih grozdova koje se obično promatraju od LWFA.

Istraživanje je objavljeno u časopisu New Journal of Physics.

Profesor Jarosynski, direktor Škotskog centra za aplikacijske plazma akceleracije (SCAPA), koji je pokrenuo projekt, izjavio je: "Ovo je neusporediva učinkovitost u tim THz energijama. Povećana dostupnost intenzivnih THz izvora dovest će do potpuno novih putova u znanosti i tehnologiji.

"Novi alati za znanstvenike dovode do novih napretka. Interakcija intenzivnog THz zračenja s tvarima omogućava pristup nelinearnim procesima koji omogućuju identifikaciju normalno skrivenih fenomena, kao i jedinstvenu kontrolu materije, poput usklađivanja molekula s visokim THz poljem ili iskrivljenja strukturu trake u poluvodičima.

"SCAPA pruža idealno okruženje za istraživanje tih fenomena, što bi trebalo dovesti do novih napretka u znanosti. Naše teorijske studije prvi su koraci u ovom uzbudljivom novom smjeru".

Dr. Enrico Brunetti iz Strathclydeovog odjela za fiziku proveo je većinu simulacija u istraživanju. Rekao je: "Budući da se naboj širokokutnih zraka povećava linearno s intenzitetom lasera i gustoćom plazme, energija THz zračenja će se mjeriti na milijoule razinama, što bi značilo intenzivan izvor THz zračenja s vršnim silama većim od GW, što je usporedivo s onom od daleko infracrvenog slobodnog elektronskog lasera. Može se postići optička i terahertzna pretvorba učinkovitosti od 1%. "

Dr. Xue Yang, istraživač u projektu Capital Normal University, rekao je: "Kada elektroni prelaze sučelje između dva medija različite dielektrične konstante, prijelazno zračenje emitira se na širokom rasponu frekvencija.

"Simulacije pokazuju da širokokutne elektronske zrake emitirane pomoću akceleratora laserskog osvjetljenja mogu proizvesti koherentnu terahtersku zračnost s 10s μJ do 100s μJ energije kada prođu kroz tanku metalnu foliju ili na plazmi i vakuumskoj granici akceleratora."

THz zračenje je daleko infracrveno elektromagnetsko zračenje koje ima frekvenciju između 0, 1 THz i 10 THz (1 THz =10 ^ 12 Hz), koja se uklapa između srednjeg infracrvenog i mikrovalnog spektra. Otisci prstiju velikih molekula s vibracijskim i rotacijskim spektrom podudaraju se s THz pojasom, što THz spektroskopiju predstavlja moćan alat za identifikaciju opasnih tvari, poput droga i eksploziva. Štoviše, THz zračenje je bitno za biologiju i medicinu, jer mnoge biološke makromolekule, kao što su DNA i proteini, imaju svoje kolektivno gibanje na THz frekvencijama.

THz zračenje se također može koristiti za otkrivanje zamršenosti poluvodiča i nanostruktura te su stoga važni alati za razvoj novih elektro-mehaničkih uređaja i solarnih ćelija.

Postoje mnoge različite metode stvaranja THz zračenja, uključujući vožnju struja u poluvodičkim antenama, pobuđivanje kvantnih jažica i optičko ispravljanje u elektro-optičkim kristalima. Međutim, njihova maksimalna snaga je ograničena zbog oštećenja optičkih materijala kod velikih snaga. Plazma, s druge strane, nema takvo ograničenje, kao što je već razbijeno

Nova istraživanja pokazuju da se ove hrpe visokotemperaturne nanokoloidne i relativno niske energije (MeV), subpikosekundne elektronske grozdove emitiraju u šupljem konusu s kutom otvaranja od gotovo 45 stupnjeva prema osi laserskog snopa. Istraživači pokazuju da se laserska energija može učinkovito prenijeti na vrlo intenzivan puls THz zračenja.

menu
menu