Een nieuwe manier om lasers en plasma's te gebruiken, kan onderzoekers nieuwe manieren bieden om de ruimte te verkennen en insecten te onderzoeken, tumoren en botten terug op planeet Aarde.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fysicus Felicie Albert leidde een internationaal team dat dit nieuwe regime in laseronderzoek nastreefde, die werd beschreven in een Fysieke beoordelingsbrieven ( PRL ) paper online gepubliceerd op 31 maart.

Albert en het team hebben meer dan twee jaar geëxperimenteerd met nieuwe manieren om röntgenstralen te genereren die de grootte, dichtheid, druk en samenstelling van zeer voorbijgaande toestanden van materie, zoals die gevonden worden in de kernen van planeten en in fusieplasma's. Plasma's vormen 99 procent van het bekende universum.

De onderzoekers bestudeerden betatron-röntgenstraling, uitgezonden wanneer elektronen worden versneld tot relativistische energieën en wiebelen in de plasmagolf die wordt geproduceerd door de interactie van een korte, intense laserpuls met een gas.

traditioneel, deze bron is goed bestudeerd voor laserpulsen met een duur van femtoseconden (quadrillionste van een seconde). Om betatron-röntgenstraling te bestuderen bij de intensiteiten en pulsduur die relevant zijn voor grootschalige laserfaciliteiten, zoals LLNL's Advanced Radiographic Capability (ARC) laser, de onderzoekers voerden een experiment uit op de Titan Laser in de Jupiter Laser Facility van het laboratorium. Daar observeerden ze betatron-röntgenstraling aangedreven door veel langere, picoseconde duur laserpulsen.

"Voor mij is een picoseconde voor altijd, " grapte Albert. Terwijl picoseconden de tijd meten in biljoensten van een seconde, dat is traag voor een onderzoeker die de voorkeur geeft aan nog kortere laserpulsen.

Het experimentele werk laat zien dat de nieuwe stralingsbron veelbelovend is voor toepassingen bij internationale grootschalige laserfaciliteiten, waar het mogelijk kan worden gebruikt voor röntgenradiografie en fasecontrastbeeldvorming van lasergestuurde schokken, absorptiespectroscopie en opaciteitsmetingen.

Andere LLNL-collega's zijn Nuno Lemos, Brad Pollock, Clemens Goyon, Arthur Pak, Joseph Ralph en John Moody, samen met medewerkers van de Universiteit van Californië-Los Angeles, het SLAC National Accelerator Laboratory, Lawrence Berkeley Nationaal Laboratorium, de Universiteit van Californië-Berkeley en de Universiteit van Lissabon in Portugal.

Albert merkte op dat de resultaten zich niet onmiddellijk openbaarden, zoals in sommige experimenten, en dat het team veel analyse en hard werk heeft gekost om het nieuwe regime te ontdekken.

Ze merken in hun paper de grote verscheidenheid aan mogelijke toepassingen van de technologie op:Betatron-röntgenstraling aangedreven door korte-pulslasers is gebruikt voor biologische en medische doeleinden, zoals röntgenfasecontrastbeeldvorming van insecten en harde röntgenradiografie van bot. Zijn unieke eigenschappen maken het ook geschikt voor het bestuderen van de dynamiek van plasma's met hoge energiedichtheid en warme dichte materie - een toestand in de buurt van vaste dichtheden - en temperaturen die worden aangetroffen in de kernen van reuzenplaneten zoals Jupiter en in fusieplasma's met traagheidsopsluiting.