Kompaktný plynový pedál generuje desiatky miliárd elektrónvoltov energie tým, že nechá elektróny surfovať v bdelosti lasera

Pedály s časticovým plynom majú veľký potenciál pre polovodičové aplikácie, lekárske zobrazovanie a terapiu a materiálový, energetický a medicínsky výskum. Ale tradičné plynové pedály vyžadujú veľký priestor na prevádzku, sú veľmi drahé a sú dostupné len v niekoľkých národných laboratóriách a univerzitách. Podľa najnovšieho vydania časopisu Matter and Radiation in Extreme Conditions tím vedcov vrátane Texaskej univerzity v Austine predviedol kompaktný časticový plynový pedál s dĺžkou menej ako 20 metrov s názvom Advanced Laser Tail Field Accelerator, ktorý produkuje elektrónový lúč s energiou 10 miliárd elektrónvoltov.
V súčasnosti sú v USA len dva plynové pedály, ktoré dokážu dosiahnuť takú vysokú energiu elektrónov, no oba sú dlhé 3 kilometre. Teraz môžu výskumníci dosiahnuť také vysoké energie v komore do 10 centimetrov.
Laserové plynové pedály v bdelom poli sú založené na princípe vystreľovania héliového plynu extrémne výkonným laserom, ktorý ho zahrieva na plazmu a vytvára vlny, ktoré vyrážajú elektróny z plynu a vytvárajú vysokoenergetický elektrónový lúč. Koncept bol široko propagovaný od svojho návrhu v roku 1979.
Tentoraz sa kľúčový pokrok výskumného tímu spolieha na nanočastice. Pomocný laser zasiahne kovovú platňu vo vnútri plynovej komory, ktorá vstrekuje prúd kovových nanočastíc, ktorý zvyšuje energiu prenášanú z vlny na elektróny.
Laser, podobne ako čln, ktorý sa plaví po hladine jazera, zanecháva brázdu a elektróny sa vezú na tejto plazmovej vlne ako bdelý surfer. Výskumníci to porovnávajú s ťažkosťami, keď sa surfer dostane do vlny nekontrolovane, takže zvyčajne motorový čln vtiahne surfera do vlny. V novom plynovom pedáli sú nanočastice ekvivalentom motorového člna, ktorý uvoľňuje svoje elektróny v správnom bode a v správnom čase, takže všetky môžu „surfovať“ na chvostovej vlne.
Pri svojich experimentoch vedci použili jeden z najvýkonnejších pulzných laserov na svete, Texas Tile Laser, ktorý vyžaruje ultravýkonný pulz svetla raz za hodinu, no trvá len 150 femtosekúnd.
Tím v súčasnosti skúma využitie svojho plynového pedálu na rôzne účely, ako je testovanie schopnosti vesmírnej elektroniky odolávať žiareniu, fotografovanie 3D vnútorných častí návrhov čipov a dokonca vývoj nových terapií rakoviny a pokročilých lekárskych zobrazovacích techník.
Plynový pedál by sa mohol použiť aj na napájanie röntgenového lasera s voľnými elektrónmi, zariadenia, ktoré dokáže snímať spomalené filmy udalostí v atómovom alebo molekulárnom meradle, ako sú interakcie liečiva a bunky, zmeny vo vnútri batérie, ktoré spôsobujú požiar. na začiatku chemické reakcie vo vnútri solárneho panelu a spôsob, akým vírusové proteíny menia tvar, keď infikujú bunku.