Сколтех: открыт новый метод создания компактных источников гамма-излучения

Исследователи из Сколтеха, НИЯУ МИФИ и ВНИИА имени Духова предложили новый способ создания компактных источников гамма-излучения с высокой спектральной яркостью и возможностью одновременной генерации нескольких энергий излучения. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе Сколтеха.

Лазерно-электронные источники гамма-лучей основаны на обратном комптоновском рассеянии, при котором высокоэнергетические электроны сталкиваются с интенсивным лазерным импульсом и переизлучают фотоны в рентгеновском или гамма-диапазоне. Такие источники компактны и настраиваемы, но в режиме нелинейного Комптона их практическое применение долгое время ограничивалось сильным спектральным уширением: из-за изменения интенсивности внутри лазерного импульса гамма-линии "размывались", снижая яркость и чёткость излучения.

В новой работе ученые предложили не бороться с нелинейным режимом, а использовать его преимущества. Они показали, что когерентная "стыковка" множества коротких лазерных импульсов в точно сформированный поезд позволяет создать во времени почти плоскую огибающую лазерного поля. В таком поле электроны во время взаимодействия видят почти постоянную интенсивность, что резко ослабляет пондеромоторное уширение спектра. Численные расчеты показали, что такой подход дает примерно втрое больше фотонов вблизи спектрального пика по сравнению с одиночным гауссовским импульсом той же энергии.

"Идея концептуально проста: мы заменяем один "колоколообразный" импульс световым плато, собранным из множества коротких вспышек. Это позволяет сохранить узкую гамма-линию даже в нелинейном режиме", — пояснил доцент Центра искусственного интеллекта Сколтеха Сергей Рыкованов.

Кроме того, метод позволяет программировать спектр излучения. Разделив поезд импульсов на несколько групп с разной амплитудой и сформировав ступенчатую огибающую, исследователи получили многоцветный гамма-пучок: в спектре одновременно появляются несколько четко разделенных пиков, каждый из которых соответствует своему уровню интенсивности лазера.

"Выбирая высоту и длительность каждой ступени, мы можем задавать, какие гамма-"цвета" появятся и насколько интенсивными они будут", — отметила первый автор работы Антонина Тимошенко, аспирант программы "Вычислительные системы и анализ данных в науке и технике" Сколтеха.

Работа напрямую связана с проектированием интенсивного комптоновского источника в рамках Национального центра физики и математики. Расчеты выполнялись на суперкомпьютере "Жорес" Сколтеха при поддержке национального гранта в области исследований искусственного интеллекта. По словам Сергея Рыкованова, предложенный подход демонстрирует, что при реалистичном контроле фазы, времени и амплитуды лазерных импульсов можно создавать компактные гамма-источники с рекордной спектральной яркостью и гибко настраиваемым спектром.