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
1 
 1
h H   2  2   13,6eV
m 
n
Plasma molto caldo
in modo che sia
altamente ionizzato
KT = fZ2EH
L’amplificazione è ottenuta con l’inversione di
popolazione:
g
n1 2  n2
g1
Per sostenere l’amplificazione:
g 2 2 A21
G  ( n2  n1 )
g1 8 
A21 
1

2
Z

4
n2  
dove  è dovuta all’effetto doppler:


 KT    
3
2
La potenza, per unità di volume, per l’emissione
spontanea da n2 è:
P  n2 A21h    3  
9
2
Lo scalare di P con 9/2 rende difficile ottenere
un laser che lavori ad alte frequenze
I  I 0 e GL
Intensità linee spettrali per transi zioni
rivelate lungo l' asse del plasma
R L  
Intensità linee spettrali per transi zioni
rivelate trasversa lmente all' asse del plasma
Teoricamente
e GL  1
R L  
GL
W W

 10 2  10 3 rad
L0
L
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 in cui il plasma
si espande e svanisce

Tempo necessario
ai raggi X per
percorrere il mezzo
quindi dopo pochi passaggi il plasma si sarà dissipato
e il laser di potenza non potrà più produrre amplificazione
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
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
Double-sided
Bersaglio illuminato da
una sola parte con un
solo fascio, linea di
fuoco: (0,02*1,12) cm
I due laser, uno
opposto all’altro,
illuminano la stessa
area del bersaglio,
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
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
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
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
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
si trova
e GL
L
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 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
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 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)