एक्स-रे लेजर जो अब तक का सबसे शक्तिशाली पल्स उत्सर्जित करता है!

हाल ही में, एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में एक बड़ी सफलता हासिल की है। उन्होंने कैलिफोर्निया में लीनियर एक्सेलेरेटर कोहेरेंट लाइट सोर्स (एलसीएलएस-II) सुविधा का उपयोग करके आज तक का सबसे शक्तिशाली एक्स-रे पल्स सफलतापूर्वक लॉन्च किया।
इस स्पंद की अवधि इतनी कम थी कि मात्र 4.4 ट्रिलियनवें सेकंड (एट्टोसेकंड) में इसने लगभग 1 टेरावाट ऊर्जा उत्पन्न की, जो एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के औसत वार्षिक विद्युत उत्पादन से लगभग 4 गुना अधिक थी।
एलसीएलएस-II, लीनियर कोहेरेंट लाइट सोर्स का उन्नत संस्करण है, जो कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के समीप अमेरिकी ऊर्जा विभाग के एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर प्रयोगशाला में स्थित है। यह उपकरण इलेक्ट्रॉनों की किरण को प्रकाश की गति के करीब लाने के लिए फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर तकनीक का उपयोग करता है और तीव्र एक्स-रे उत्सर्जित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों की एक श्रृंखला के माध्यम से किरण को दोलन करता है। इन एक्स-रे का उपयोग अणुओं जैसी छोटी वस्तुओं की छवि बनाने के लिए किया जा सकता है, ताकि उनके भीतर परमाणुओं के बीच की अंतःक्रियाओं का निरीक्षण किया जा सके।
LCLS-II प्रति सेकंड दस लाख तक एक्स-रे पल्स उत्सर्जित कर सकता है, जो कि पहले के LCLS लेज़रों से 8,000 गुना ज़्यादा है। जब बढ़ी हुई पल्स दर को प्रति पल्स इलेक्ट्रॉनों की बढ़ी हुई संख्या के साथ जोड़ा जाता है, तो नया उपकरण अपने पूर्ववर्ती की तुलना में 10,000 गुना ज़्यादा चमकीला होता है।
उल्लेखनीय रूप से, LCLS-II प्रति सेकंड 1 मिलियन एक्स-रे पल्स उत्सर्जित कर सकता है, जो पिछले LCLS लेजर की तुलना में 8,000- गुना अधिक है। बढ़ी हुई पल्स दर और प्रति पल्स इलेक्ट्रॉनों की अधिक संख्या के साथ, नया उपकरण अपने पूर्ववर्ती की तुलना में 10,000 गुना अधिक चमकीला है। इसके अलावा, यह उपकरण 10-50 फेमटोसेकंड से लेकर छोटे पल्स उत्पन्न कर सकता है, जिसमें कम ऊर्जा वाले एक्स-रे के लिए पल्स अवधि 250 फेमटोसेकंड तक बढ़ जाती है, और यह 10 फेमटोसेकंड से भी कम के बहुत छोटे पल्स बनाने में सक्षम है।
इतनी छोटी तरंगदैर्घ्य, छोटी पल्स और लेजर की तेज़ पुनरावृत्ति के साथ, वैज्ञानिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं को देखने के लिए डिवाइस का उपयोग कर सकते हैं। अनिवार्य रूप से, प्रत्येक पल्स प्रतिक्रिया में शामिल परमाणुओं के विन्यास की छवि बना सकता है, और फिर इन छवियों को एक साथ जोड़कर आणविक "क्लेमेशन मूवी" जैसा प्रभाव पैदा किया जा सकता है। 2018 में, LCLS सुविधा ने केवल 1,000 फेम्टोसेकंड में मानव दृष्टि और प्रकाश संश्लेषण में शामिल रासायनिक प्रक्रियाओं की एक फिल्म सफलतापूर्वक बनाई।
एलसीएलएस-II में न केवल छोटी वस्तुओं की छवि बनाने की क्षमता है, बल्कि इसमें 1 एंगस्ट्रॉम (10^-10 मीटर) तक की सटीकता भी है। यह क्षमता शोधकर्ताओं को जैविक प्रणालियों से लेकर फोटोवोल्टिक्स और ईंधन कोशिकाओं तक के क्षेत्रों में परमाणु प्रक्रियाओं में गहराई से जाने की अनुमति देगी। साथ ही, लेजर डिवाइस वैज्ञानिकों को सुपरकंडक्टिविटी, फेरोइलेक्ट्रिसिटी और मैग्नेटिज्म जैसी भौतिक घटनाओं का और अधिक पता लगाने में भी मदद करेगी।
अपग्रेड के मुख्य घटकों में से एक कुछ क्रांतिकारी तकनीक की स्थापना है। जबकि पहले के गैस पेडल कमरे के तापमान पर संचालित होते थे, अपग्रेड किए गए LCLS-II में सुपरकंडक्टिंग गैस पेडल असेंबली का उपयोग किया गया है, जो इसे लगभग शून्य (-456 डिग्री फ़ारेनहाइट या -271 डिग्री) जैसे कम तापमान पर संचालित करने की अनुमति देता है। LCLS-II में इलेक्ट्रॉन बीम को घुमाने के लिए बेहतर चुंबक भी हैं।
हालाँकि LCLS-II का संचालन अभी शुरू हुआ है, लेकिन शुरुआती LCLS गैस पेडल की सफलता ने शोधकर्ताओं को आशावाद का कारण दिया है। 3,000 से अधिक वैज्ञानिकों ने इस सुविधा का उपयोग किया है, और 1,450 से अधिक शोधपत्र प्रकाशित किए हैं। इस शक्तिशाली एक्स-रे पल्स एमिटर के भविष्य के अनुप्रयोग आशाजनक हैं और उम्मीद है कि इससे वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में नई अंतर्दृष्टि और सफलताएँ मिलेंगी।