Un groupe international de chercheurs, dont des scientifiques de Skoltech, a inventé une nouvelle méthode de génération de rayons X et gamma intenses basée sur la diffusion Compton non linéaire. Leurs résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique .

L'effet Compton est similaire à la pratique du tennis; un électron joue le rôle de la raquette et un photon joue le rôle de la balle. Un photon réfléchi par la raquette d'électrons rapide acquiert de l'énergie supplémentaire. Il ne peut pas voler encore plus vite, la limite de vitesse l'interdit. Mais il peut facilement changer de longueur d'onde. En utilisant ce jeu simple, les chercheurs peuvent transformer la longueur d'onde du photon entrant du domaine visible aux rayons X et aux rayons gamma. Les sources de photons durs basées sur la diffusion Compton inverse (linéaire) sont largement utilisées, et se composent généralement d'un accélérateur d'électrons et d'un système laser. Le principal avantage de telles sources est la possibilité de générer un rayonnement à bande passante étroite. Dans un tel système, la longueur d'onde est facilement accordable en changeant l'énergie des électrons.

Le moyen le plus simple d'augmenter le nombre de photons de rayons X et gamma générés est d'augmenter l'intensité du système laser. En d'autres termes, plus le rayonnement laser est compact dans l'espace (étant donné que la diffraction est faible), plus il y aura d'événements de diffusion entre les photons laser et les électrons.

L'augmentation de la puissance du rayonnement laser en diffusion Compton conduit à un élargissement spectral considérable. Cela est dû à la légère pression, ce qui ralentit les électrons. En d'autres termes, la raquette de tennis, tout en déviant plusieurs petites balles de tennis à la fois, est ralenti; Par conséquent, les balles déviées recevront moins d'énergie. Le problème est que le rayonnement laser puissant n'est pas continu, mais vient plutôt comme des impulsions dans le temps. L'intensité des puissantes impulsions laser augmente d'abord lentement, puis s'éteint lentement. Par conséquent, la pression lumineuse n'est pas uniforme et le ralentissement des électrons est différent à différents moments du temps, conduisant à une énergie différente des photons réfléchis.

L'équipe scientifique, dont le professeur Skoltech Sergey Rykovanov, a inventé une nouvelle méthode de génération de rayons X et gamma monoénergétiques intenses basée sur la diffusion Compton non linéaire.

Sergueï Rykovanov, un professeur du centre de Skoltech pour la science et l'ingénierie computationnelles et à forte intensité de données, dit, "Un tel élargissement de raie spectrale est parasite, puisque nous voulons obtenir une source de photons à bande passante étroite avec une longueur d'onde bien définie. Nous avons inventé une méthode très simple pour supprimer l'élargissement parasite de la raie Compton pour les impulsions laser intenses et augmenter considérablement le nombre de photons X et gamma générés. Pour faire ça, il faut régler soigneusement la fréquence de l'impulsion laser (en d'autres termes, pour le chirp) de sorte qu'il corresponde à l'intensité de l'impulsion laser à chaque instant. Pour un effet optimal, nous avons proposé d'utiliser deux impulsions laser à chirpures linéaires et opposées se propageant avec un certain retard l'une par rapport à l'autre. À mon avis, la beauté de notre travail réside dans sa simplicité. Pour être tout à fait honnête, nous avons été très surpris de voir à quel point tout s'est déroulé de manière simple et fluide."

La nouvelle invention peut augmenter considérablement la luminosité des sources synchrotron modernes et futures pour la recherche en médecine, physique nucléaire et science des matériaux.