科學(xué)家發(fā)明了一種基于非線性康普頓散射的產(chǎn)生強(qiáng)烈x射線和伽馬射線的新方法，其研究結(jié)果發(fā)表在《物理評論快報》上?？灯疹D效應(yīng)類似于打網(wǎng)球，電子起球拍的作用，光子起球的作用。從快速電子拍中反射出來的光子獲得額外能量。

它甚至不能飛得更快——速度限制禁止這樣做。但是它很容易改變波長，利用這個簡單的游戲，研究人員可以將入射光子的波長從可見光范圍轉(zhuǎn)換成x射線和伽馬射線。

基于反(線性)康普頓散射的硬光子源得到了廣泛應(yīng)用，通常由電子加速器和激光系統(tǒng)組成。這種源的主要優(yōu)點是有可能產(chǎn)生窄帶寬輻射。在這樣的系統(tǒng)中，波長很容易通過改變電子的能量來調(diào)節(jié)。增加產(chǎn)生的x射線和伽馬射線光子數(shù)量最直接的方法是增加激光系統(tǒng)的強(qiáng)度。換句話說，空間中的激光輻射越密集(考慮到衍射很小)，激光光子和電子之間的散射事件就越多。在康普頓散射中，激光輻射功率的增大會導(dǎo)致光譜展寬。這是由于光壓減慢了電子的速度。

換句話說，網(wǎng)球拍在一次使許多小網(wǎng)球偏轉(zhuǎn)時，速度變慢了；因此，偏轉(zhuǎn)的球?qū)@得更少能量。問題是強(qiáng)大的激光輻射不是連續(xù)的，而是隨著時間推移以脈沖的形式出現(xiàn)。強(qiáng)激光脈沖的強(qiáng)度先是緩慢增長，然后逐漸消失。因此，光壓是不均勻的，電子在不同時刻的減速不同，導(dǎo)致反射光子的能量不同。包括Skoltech教授Sergey Rykovanov在內(nèi)的科研團(tuán)隊發(fā)明了一種基于非線性康普頓散射產(chǎn)生強(qiáng)單能x射線和伽馬射線輻射的新方法。

來自Skoltech計算和數(shù)據(jù)密集型科學(xué)與工程中心的教授Sergey Rykovanov說：這樣的譜線展寬是”寄生“的，因為想要獲得一個具有明確波長的窄帶寬光子源。研究發(fā)明了一種非常簡單的方法來消除強(qiáng)激光脈沖的寄生康普頓線展寬，并顯著增加產(chǎn)生的X射線和伽馬射線的光子數(shù)量。要做到這一點，必須仔細(xì)調(diào)整激光脈沖的頻率(換句話說，就是啁啾)，使其與每一時刻的激光脈沖強(qiáng)度相對應(yīng)。

為了獲得最佳的效果，研究人員提出使用兩個線性和反向啁啾的激光脈沖相互傳播一定延遲。這項新發(fā)明可以顯著提高現(xiàn)代和未來同步加速器光源的亮度，用于醫(yī)學(xué)、核物理和材料科學(xué)的研究。超強(qiáng)短激光脈沖在相對論電子上的散射可以產(chǎn)生大量X射線或伽瑪射線光子，而激光的頻譜寬度-時間脈沖必然導(dǎo)致相當(dāng)大的頻譜展寬。本研究描述了一種簡單方法來產(chǎn)生優(yōu)化的激光脈沖，補(bǔ)償非線性譜展寬，并可以認(rèn)為是兩個相對線性啁啾脈沖相互延遲的疊加。

博科園｜研究/來自：Skolkovo科學(xué)技術(shù)研究所

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.204802

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