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IL LASER A RAGGI X

IL LASER A RAGGI X.  = 0,01nm – 10nm. Raggi X duri. Raggi X molli. h  ottico  eV h  raggi X  100-1000 eV. Si utilizza, come pompa, un laser di grande potenza che focalizzato su un bersaglio solido produce il plasma dove avviene la transizione alle  dei raggi X.

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IL LASER A RAGGI X

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Presentation Transcript

  1. IL LASER A RAGGI X  = 0,01nm – 10nm Raggi X duri Raggi X molli hottico eV hraggi X 100-1000 eV Si utilizza, come pompa, un laser di grande potenza che focalizzato su un bersaglio solido produce il plasma dove avviene la transizione alle  dei raggi X Per la produzione dei raggi X • Bersaglio con alto Z •  (h)-1 h = Z2hH Plasma molto caldo in modo che sia altamente ionizzato KT = fZ2EH

  2. L’amplificazione è ottenuta con l’inversione di popolazione: Per sostenere l’amplificazione:  dove  è dovuta all’effetto doppler: La potenza, per unità di volume, per l’emissione spontanea da n2 è: Lo scalare di P con 9/2 rende difficile ottenere un laser che lavori ad alte frequenze

  3. Teoricamente

  4. 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 interferenza costruttiva. Problemi Se L0-L<1 cm la radiazione emessa li danneggia  è piccola Tempo necessario ai raggi X per percorrere il mezzo Tempo in cui il plasma si espande e svanisce  quindi dopo pochi passaggi il plasma si sarà dissipato e il laser di potenza non potrà più produrre amplificazione

  5. ESPERIMENTO SVOLTO NEL 1984 A 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

  6. 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

  7. CONFIGURAZIONI DELL’APPARATO Single-sided Bersaglio illuminato da una sola parte con un solo fascio, linea di fuoco: (0,02*1,12) cm Posso usare i due fasci laser allineati e aumentare le dimensioni della linea di fuoco: (0,02*2,24) cm Double-sided I due laser, uno opposto all’altro, illuminano la stessa area del bersaglio, linea di fuoco: (0,02*1,12) cm

  8. 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 dove sono più luminose le transizioni Na-like perché il GIS a 77° vede un’area maggiore del plasma

  9. MANCANZA DELLA TRANSIZIONE A 183 Å DA (2p53p)J=0 A (2p53s)J=1 Si è provato a variare Z per verificare che la riga in questione non fosse un assorbimento di risonanza del selenio IPOTESI Cattura elettronica Presenza di processi di ricombinazione che popolano i livelli 3s e 3p (con J=2) mantenendo inversione fra J=2 e J=1, ma distruggendo quella fra J=0 e J=1

  10. 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

  11. DATI SULL’AMPLIFICAZIONE OTTENUTI DAL GIS SULL’ASSE Double-sided Single-sided Fittando i dati ottenuti con double sided con si trova G = (5,5 ± 0,1) cm-1 Non si raggiunge la saturazione dell’amplificatore

  12. 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 qualsiasi linea di fuoco fino a 5,4 cm Dati sull’amplificazione: Si arriva alla saturazione verso i 40 mm Fittando i dati si ottiene G = 4 cm-1 G1987<G1984

  13. COME OTTENERE LASER A RAGGI X MOLLI CON 40Å • 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)

  14. 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

  15. Inversione di popolazione grazie • ai raggi X, prodotti dal plasma • ottenuto con la lamina d’oro, che • investono la fibra di carbonio che • è già stata portata in un livello • fondamentale opportuno dal laser • di potenza • Specchio per ridurre la banda spettrale • della sorgente di pompaggio • Difficoltà nella costruzione • degli specchi ( = 28 Å)

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