با استفاده از قطاری از پالس‌های لیزر می‌توان دسته‌های الکترون با نرخ تکرار بالا را به انرژی‌های زیاد رساند.

شتاب‌دادن ذرات تا انرژی‌های زیاد لزوماً نیازمند شتابدهند‌ه‌های چندکیلومتری نیست. این‌ کار رامی‌توان با استفاده از لیزر‌های فقط چندسانتی‌متری انجام داد. در روشی استخراجی به نام شتابدهی میدان‌دنباله‌ی لیزری Laser wakefield amplification (LWFA) از تک پالس لیزر برای شتاب دادن به دسته‌ی الکترون‌ها تا انرژی‌هایی همانند آنچه در تجهیزات بزرگ به آن می‌رسند، استفاده می‌شود. اکنون گروهی به سرپرستی سیمون هوکر Simon Hooker در دانشگاه آکسفورد انگلستان روش LWFA تغییریافته را ابداع کرده‌اند که به جای تک پالس لیزر از قطاری از پالس‌ها استفاده می‌کند. این طرح «چندتایی» قابلیت آن را دارد که در هر ثانیه به دسته‌های الکترونی‌ به تعداد هزار برابر بیشتر از روش‌های تک-پالس شتاب بدهد که طیف کاربردهای ممکن را گسترش خواهد داد.

در روش LWFA یک پالس لیزر قوی و کوتاه امواج چگالی در پلاسما ایجاد می‌کند. الکترون‌هایی که سوار چنین موج‌هایی هستند انرژی به دست می‌آورند درست مانند موج سواری که انرژی خود را از امواج اقیانوس می‌گیرد. اما لیزرهایی که انرژی کافی برای راه‌اندازی این فرآیند داشته باشند، فقط می‌توانند چند بار در ثانیه تابش کنند. تحقیقات نظری جدید نشان می‌دهد که قطاری از پالس‌های لیزر کم‌انرژی‌تر می‌توانند امواجی تولید کنند که به طور همدوس جمع شده و همان میدان‌های شتاب را به وجود بیاورند. این قطار‌های پالس را می‌توان در نرخ‌های چند کیلوهرتز تولید کرد. هوکر و همکارانش اولین نمایش تجربی از این مفهوم را ارائه کرده‌اند.

با شکل‌دهی به طیف لیزر توان‌بالا در آزمایشگاه راترفورد اپلتون در انگلستان، این گروه لیزر را طوری بازسازی کرده‌ است که قطاری تا هفت پالس به فاصله‌ی زمانی حدود 100 فمتوثانیه ایجاد کند. با تزریق این پالس‌ها به پلاسما، امواج پلاسمایی تولید می‌شود که دامنه‌شان با پیش‌بینی مدل‌ها تطابق دارد. در این نمایشِ اثباتِ نظریه، هیچ الکترونی با پلاسمای تولیدی شتاب داده نشد. اما گروه پیش‌بینی می‌کند که با استفاده از لیزرهای بهینه شده، روش چندپالسی می‌تواند باریکه‌های الکترونی با نرخ تکراری از مرتبه چندکیلوهرتز و انرژی‌هایی قابل مقایسه با مقادیر فعلی درسنکروترون‌ها ایجاد کند.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع