IL LASER A RAGGI X

= 0,01nm – 10nm

Raggi Xduri

Raggi Xmolli

hottico eVhraggi X 100-1000 eV

Si utilizza, come pompa, un laser di grande potenzache focalizzato su un bersaglio solido produce ilplasma dove avviene la transizione alle dei raggi X

Per la produzione dei raggi X

Bersaglio con alto Z (h)-1

h = Z2hH

Plasma molto caldoin modo che siaaltamente ionizzatoKT = fZ2EH

eVmn

h H 6,1311

22

L’amplificazione è ottenuta con l’inversione di popolazione:

21

21 ng

gn

Per sostenere l’amplificazione:

4221

212

1

212

1

8)(

ZA

A

g

gnnG

2n

dove è dovuta all’effetto doppler:

2

3

KT

La potenza, per unità di volume, per l’emissione spontanea da n2 è:

2

93

212 hAnP

Lo scalare di P con 9/2 rende difficile ottenereun laser che lavori ad alte frequenze

GLeII 0

plasma del asseall' lmente trasversarivelate

zioniper transi spettrali lineeIntensità

plasma del assel' lungo rivelate

zioniper transi spettrali lineeIntensità

LR

radL

W

L

W 32

0

1010

Teoricamente GL

eLR

GL 1

SPECCHI MULTISTRATI

Si costruiscono interponendo fogli di materiale trasparente ai raggi X fra fogli che li riflettono.I fogli riflettenti sono spaziati di /2 per avere interferenzacostruttiva.

Problemi

è piccola

Se L0-L<1 cm laradiazione emessa li danneggia

Tempo in cui il plasmasi espande e svanisce

Tempo necessario ai raggi X perpercorrere il mezzo

quindi dopo pochi passaggi il plasma si sarà dissipatoe il laser di potenza non potrà più produrre amplificazione

ESPERIMENTO SVOLTO NEL 1984A LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory)

Inversione di popolazione fra 2p53p e 2p53s dello ione Ne-like

n=3 popolati dagli elettroni eccitati per collisione

Rapidi decadimenti radiativi da 2p53s a 2p6

APPARATO SPERIMENTALE

Bersaglio : 750 Å di selenio (Z=34) su 1500 Å di formvar

Laser di potenza : = 0,532 m(impianto Novette) I = 5*1013 W/cm2

= 450 ps

Diagnostica : 2 GIS (spettrografi a incidenza radente) uno sull’asse del plasma, l’altro a 77° 1 TGSS (spettrografo a reticolo di trasmissione) sull’asse del plasma

CONFIGURAZIONI DELL’APPARATO

Single-sided

Bersaglio illuminato dauna sola parte con un solo fascio, linea di fuoco: (0,02*1,12) cm

Posso usare i due fasci laser allineati e aumentarele dimensioni della lineadi fuoco: (0,02*2,24) cm

Double-sided

I due laser, uno opposto all’altro,illuminano la stessaarea del bersaglio,linea di fuoco:(0,02*1,12) cm

SPETTRI MONITORATI DAI DUE GIS

Sull’asse si vedono bene le transizioni che laserano a 206,3 Å e a 209,6 Å non presenti fuori dall’asse dovesono più luminose le transizioni Na-like perché il GIS a 77° vede un’area maggiore del plasma

MANCANZA DELLA TRANSIZIONE A 183 Å DA (2p53p)J=0 A (2p53s)J=1

Si è provato a variare Z per verificare che la rigain questione non fosse un assorbimento di risonanzadel selenio

IPOTESI

Presenza di processi di ricombinazione che popolano i livelli 3s e 3p (con J=2) mantenendoinversione fra J=2 e J=1,ma distruggendo quellafra J=0 e J=1

Cattura elettronica

COMPORTAMENTO TEMPORALE MONITORATO DAL TGSS

Amplificazione moderata in (a) dove la linea di fuoco è 1cm,amplificazione più grande in (c) con una linea di fuoco di 2 cm

In (a) e (b) c’è confronto fra la transizione amplificata a 209,6 Å e l’emissione spontanea dello ione Na-like a 201,1 Å

Pout 200-300 W 300 ps

DATI SULL’AMPLIFICAZIONE OTTENUTI DAL GIS SULL’ASSE

Double-sided

Single-sided

Fittando i dati ottenuti con double sided con L

eGL

si trova G = (5,5 ± 0,1) cm-1

Non si raggiunge la saturazione dell’amplificatore

ESPERIMENTO SVOLTO NEL 1987 A LLNL

Si usa un nuovo impianto laser, il NOVA, per investire il solito bersaglio di selenio

Il NOVA permette di creare una qualsiasilinea di fuoco fino a 5,4 cm

Dati sull’amplificazione:

Si arriva alla saturazione verso i 40 mmFittando i dati si ottiene G = 4 cm-1

G1987<G1984

COME OTTENERE LASER A RAGGI X MOLLI CON 40Å

(1) Amplificatore con schema Ni-like

inversione fra 4f e 4d

lamine: europio (Z=63) o gadolinio (Z=64)

si può arrivare sotto 40 Å utilizzando oro (Z=79) o piombo (Z=82)

(2) Striscia di alluminio che “esplode”inversione fra n=2 e n=3 di AlXIII (H-like)la transizione -Balmer prodotta avviene a 39 Å

Si può ottenere G = 10 cm-1 con una pompa,che ancora non è stata realizzata, tale che:

= 0,35 m I = 1015 W = 20 ps

(3) Inversione di popolazione grazieai raggi X, prodotti dal plasma ottenuto con la lamina d’oro, cheinvestono la fibra di carbonio che è già stata portata in un livello fondamentale opportuno dal laserdi potenza

Specchio per ridurre la banda spettraledella sorgente di pompaggio

Difficoltà nella costruzione degli specchi ( = 28 Å)