Un grupo internacional de investigadores, incluidos científicos de Skoltech, ha inventado un nuevo método para la generación de radiación intensa de rayos X y rayos gamma basado en la dispersión de Compton no lineal. Sus resultados fueron publicados en Cartas de revisión física .

El efecto Compton es similar a jugar al tenis; un electrón juega el papel de la raqueta y un fotón juega el papel de la pelota. Un fotón que se refleja en la raqueta de electrones rápidos adquiere energía adicional. No puede volar aún más rápido; el límite de velocidad lo prohíbe. Pero puede cambiar fácilmente su longitud de onda. Usando este simple juego, los investigadores pueden transformar la longitud de onda del fotón entrante del rango visible a rayos X y rayos gamma. Las fuentes de fotones duros basadas en la dispersión Compton inversa (lineal) se utilizan ampliamente, y normalmente constan de un acelerador de electrones y un sistema láser. La principal ventaja de estas fuentes es la posibilidad de generar una radiación de ancho de banda estrecho. En tal sistema, la longitud de onda se puede sintonizar fácilmente cambiando la energía de los electrones.

La forma más sencilla de aumentar el número de fotones de rayos X y rayos gamma generados es aumentar la intensidad del sistema láser. En otras palabras, cuanto más compacta es la radiación láser en el espacio (considerando que la difracción es pequeña), Cuantos más eventos de dispersión haya entre los fotones láser y los electrones.

El aumento de la potencia de la radiación láser en la dispersión de Compton conduce a un ensanchamiento espectral considerable. Esto se debe a la ligera presión, que ralentiza los electrones. En otras palabras, la raqueta de tenis, mientras desvía muchas pelotas de tenis pequeñas a la vez, se ralentiza; por eso, las bolas desviadas recibirán menos energía. El problema es que la poderosa radiación láser no es continua, sino que viene como pulsos en el tiempo. La intensidad de los potentes pulsos de láser primero crece lentamente y luego se apaga lentamente. Como consecuencia, la presión de la luz no es uniforme y la desaceleración de los electrones es diferente en diferentes momentos del tiempo, lo que lleva a una energía diferente de los fotones reflejados.

El equipo científico, incluido el profesor de Skoltech Sergey Rykovanov, inventó un nuevo método para la generación de rayos X monoenergéticos intensos y radiación de rayos gamma basado en la dispersión de Compton no lineal.

Sergey Rykovanov, profesor del Centro de Ingeniería y Ciencia Computacional e Intensiva en Datos de Skoltech, dice, "Este ensanchamiento de la línea espectral es parasitario, ya que queremos obtener una fuente de fotones de ancho de banda estrecho con una longitud de onda bien definida. Inventamos un método muy simple para eliminar el ensanchamiento de la línea de Compton parásito para pulsos de láser intensos y aumentar significativamente el número de fotones de rayos X y gamma generados. Para hacer esto, uno tiene que sintonizar cuidadosamente la frecuencia del pulso láser (en otras palabras, chirrido) de modo que corresponda a la intensidad del pulso láser en cada momento. Para un efecto óptimo, propusimos utilizar dos pulsos láser de chirridos lineales y opuestos que se propagan con un cierto retraso entre sí. En mi opinión, la belleza de nuestro trabajo está en su sencillez. Para ser completamente honesto, nos sorprendió mucho lo sencillo y fluido que salió todo ".

La nueva invención puede aumentar significativamente el brillo de las fuentes de sincrotrón modernas y futuras para la investigación en medicina. física nuclear y ciencia de los materiales.