تولد دواسة الغاز المدمجة عشرات المليارات من الإلكترون فولت من الطاقة عن طريق السماح للإلكترونات بالتصفح في أعقاب الليزر

تتمتع دواسات غاز الجسيمات بإمكانيات كبيرة لتطبيقات أشباه الموصلات والتصوير الطبي والعلاج والمواد والطاقة والأبحاث الطبية. لكن دواسات الغاز التقليدية تتطلب مساحة كبيرة للعمل، كما أنها باهظة الثمن، ولا تتوفر إلا في عدد قليل من المختبرات والجامعات الوطنية. وفقا لأحدث عدد من مجلة المادة والإشعاع في الظروف القصوى، قام فريق من الباحثين بما في ذلك جامعة تكساس في أوستن بإظهار دواسة غاز مدمجة للجسيمات يبلغ طولها أقل من 20 مترا تسمى مسرع حقل الذيل الليزري المتقدم، والذي ينتج شعاع إلكتروني بطاقة 10 مليار إلكترون فولت.
لا يوجد حاليًا سوى دواستين للغاز في الولايات المتحدة يمكنها الوصول إلى مثل هذه الطاقات الإلكترونية العالية، لكن يبلغ طول كل منهما 3 كيلومترات. الآن، يمكن للباحثين تحقيق مثل هذه الطاقات العالية في غرفة في حدود 10 سنتيمترات.
تعتمد دواسات غاز حقل الانبعاث الليزري على مبدأ إطلاق غاز الهيليوم باستخدام ليزر قوي للغاية يقوم بتسخينه إلى بلازما ويخلق موجات تطرد الإلكترونات من الغاز، مما يؤدي إلى إنشاء شعاع إلكتروني عالي الطاقة. وقد تم نشر هذا المفهوم على نطاق واسع منذ اقتراحه في عام 1979.
هذه المرة، يعتمد التقدم الرئيسي لفريق البحث على الجسيمات النانوية. يقوم الليزر المساعد بضرب لوحة معدنية داخل غرفة الغاز، مما يؤدي إلى حقن تيار من الجسيمات المعدنية النانوية التي تعزز الطاقة المنقولة من الموجة إلى الإلكترونات.
الليزر، مثل قارب يطفو على سطح البحيرة، يترك أثرًا، والإلكترونات تركب موجة البلازما هذه مثل راكب الأمواج. ويقارن الباحثون ذلك بصعوبة دخول راكب الأمواج إلى موجة غير منضبطة، لذلك عادة ما يقوم القارب البخاري بسحب راكب الأمواج إلى الموجة. في دواسة الوقود الجديدة، فإن الجسيمات النانوية تعادل زورقًا آليًا، حيث تطلق إلكتروناتها في النقطة الصحيحة وفي الوقت المناسب، حتى يتمكنوا جميعًا من "تصفح" موجة الذيل.
استخدم الباحثون في تجاربهم أحد أقوى أجهزة الليزر النبضية في العالم، وهو ليزر Texas Tile، الذي يصدر نبضة ضوئية قوية للغاية مرة واحدة في الساعة، ولكنها تدوم 150 فيمتوثانية فقط.
يستكشف الفريق حاليًا استخدام دواسة الوقود الخاصة بهم لمجموعة متنوعة من الأغراض، مثل اختبار قدرة الإلكترونيات الفضائية على تحمل الإشعاع، وتصوير الأجزاء الداخلية ثلاثية الأبعاد لتصميمات الرقائق، وحتى تطوير علاجات جديدة للسرطان وتقنيات التصوير الطبي المتقدمة.
يمكن أيضًا استخدام دواسة الوقود لتشغيل ليزر الأشعة السينية الخالي من الإلكترونات، وهو جهاز يمكنه التقاط أفلام بطيئة الحركة لأحداث ذرية أو جزيئية مثل تفاعلات الخلايا الدوائية، والتغيرات داخل البطارية التي تسبب حريقًا للبدء، التفاعلات الكيميائية داخل اللوحة الشمسية، والطريقة التي تغير بها البروتينات الفيروسية شكلها عندما تصيب الخلية.