利用激光波场加速器和高能探测的显微结构x射线成像

Hussein等人最近在《科学报告》上发表了一项研究，来自14个机构的研究人员合作开展了一个研究项目，使用x射线投影显微镜和激光尾波场加速器(LWFA)对Al-Si共晶固体进行成像。¹

什么是共晶系统?

共晶混合物是在单一温度下均匀凝固的两种物质的混合物，该温度低于任一组成成分的熔化温度。共晶的物理、机械和电学性能往往优于未结合的单个组分的性能。成像共晶系统需要高分辨率，以便准确确定片层、球状或棒状结构。在这项工作中，铝和硅(Al-Si)共晶固体成像，因为Al-Si共晶系统的层状特性是最近通过瑞士光源(SLS)同步加速器x射线成像解决的。因此，LWFA实验对微观结构的分辨能力可以很容易地与SLS技术进行比较。

什么是激光尾流场加速器(LWFA)?

激光尾迹场加速器提供了一种生成适合于高分辨率成像复杂微结构的x射线束的替代途径。用高强度激光照射气体羽流，产生等离子体波。等离子体波产生的波中的电子加速度比典型的同步加速器(~100 MV/m)快1000倍(~100 GV/m)。²因此，等离子体加速电子束可以产生明亮的超快硬x射线爆发。

研究概述

Hussein和他的同事在科学和技术设施委员会(STFC)、Rutherford Appleton实验室(RAL)使用双子激光进行了LWFA实验。本研究中所使用的LWFA的实验装置概述如图1所示，成像使用iKon-L SY探测器。

图1:转载自Hussein等。a)以iKon-L SY作为x射线探测器的实验原理图。本研究中使用的电子束的代表样本如b)所示。betatron x射线能谱如c)所示，误差包络用绿色表示。

图2 a)显示了加工Al-Si共晶样品(~ 1mm)的显微镜图像。此外，使用x射线从LWFA实验获得的图像如图2b所示);在~ 3微米处的层状特征是清晰可分辨的。

图2。由Hussein等人修改。a)用光学显微镜成像的用于LWFA实验的Al-Si样品。b) LWFA实验的x射线相位对比图。

总的来说，Hussein和同事证明使用LWFA的高分辨率x射线成像可以分辨约3微米宽的层状特征。因此，LWFA可以提供一种价格合理、更方便的x射线源来替代同步源。使用LWFA产生的x射线束发散度低，持续时间小于100 fs。这些超快x射线束非常适合需要高时空分辨率的现场测量应用。bob综合app官网登录例如，在医疗成像、增材制造和其他新兴科学和工程应用领域。bob综合app官网登录

笔记

这项工作涉及来自密歇根大学、兰开斯特大学、伦敦帝国理工学院、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、科学技术设施委员会(STFC)卢瑟福阿普尔顿实验室的双子激光设备、钻石光源、隆德大学、约克等离子体研究所、斯特拉斯克莱德大学、ELI Beamline、ASCR物理研究所、GoLP/等离子体研究所Fusão高级核研究所Técnico和瑞士光源，保罗舍勒研究所。

参考文献

1. 侯赛因等。激光尾波场加速器用于复杂微结构的高分辨率x射线成像，2019，科学报道，9,3249,https://doi.org/10.1038/s41598-019-39845-4
2. E. Esarey, C. B. Schroeder和W. P. Leemans 2019，激光驱动等离子体电子加速器的物理特性，现代物理学报，81,1229-1285,doi: 10.1103/ revmodphysics .81.1229