Лазерно-электронные источники гамма-излучения ценят за компактность и возможность точно настраивать энергию пучка. Но у них долгое время был серьезный недостаток — спектр излучения оказывался слишком «размытым». Ученые из Сколковского института науки и технологий, НИЯУ МИФИ и ВНИИА имени Духова предложили новый метод создания компактных источников гамма-излучения, одновременно более ярких, четких и способных излучать несколько «цветов» одновременно. Это открывает возможности для более точной медицинской диагностики, улучшенного контроля материалов и даже создания изотопов для медицины прямо в лаборатории.
В работе, опубликованной в журнале Physical Review A рассказывается, что вместо того, чтобы подавлять нелинейное комптоновское рассеяние, авторы используют его целенаправленно. В этом режиме при столкновении электронного пучка с интенсивным лазером электроны излучают на нескольких гармониках, но из-за неравномерной интенсивности обычного лазерного импульса спектральные линии «размываются».
Вместо одного длинного импульса исследователи когерентно соединяют несколько коротких лазерных сигналов с точно заданными задержками и фазами. Такой «поезд» создает почти постоянный уровень интенсивности во времени. В этих условиях электроны излучают гораздо более узкую гамма-линию. Численные расчеты показали, что при стыковке десяти импульсов число фотонов вблизи спектрального пика увеличивается примерно в три раза.
Тот же подход позволяет получать и многоцветное гамма-излучение. Если разделить импульсный поезд на группы с разной амплитудой, интенсивность меняется ступенчато. Каждому уровню соответствует свой четкий пик в спектре. В результате за одно лазерно-электронное взаимодействие формируется сразу несколько гамма-линий с заданными энергиями — эффект, недоступный в линейном режиме рассеяния.
Такая управляемость особенно важна для ядерной фотоники, неразрушающего контроля плотных объектов, медицинской визуализации и лабораторного производства изотопов. Результаты уже учитываются при проектировании источника гамма-излучения нового поколения в Национальном центре физики и математики. Расчеты выполнялись на суперкомпьютере «Жорес» в Сколтехе.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что физики впервые создали устойчивые трехмерные солитоны.
