利用激光波场加速器和高能探测的微结构x射线成像

Hussein等人在《科学报告》中最近的工作中，来自14个机构的研究人员合作进行了一个研究项目，使用x射线投影显微镜和激光尾波场加速器(LWFA)对Al-Si共晶固体进行了成像。¹

什么是共晶系统？

共晶混合物是两种物质的混合物，其在单个温度下均匀固化，其低于组分组分的熔化温度。共析出科的物理，机械和电性能通常优于未输入的单独组件的性质。成像共晶系统需要高分辨率以实现薄片，球状或棒状结构的准确测定。在这项工作中，成像铝和硅（Al-Si）共晶固体，因为最近在瑞士光源（SLS）同步rotron处使用X射线成像来解决Al-Si共晶体系的层状特性。因此，与SLS技术的技术相比，可以容易地将LWFA实验的解析能力很容易。

什么是激光韦克菲尔德加速器（LWFA）？

激光尾场加速器提供了另一种方法来产生适合于高分辨率成像复杂微结构的x射线束。高强度激光用来照亮气体羽流，产生等离子体波。等离子体波导致电子在波中加速，比典型的同步加速器(~100 MV/m)快1000倍(~100 GV/m)。²因此，等离子体加速的电子束可以产生硬X射线的亮超快突发。

研究概述

侯赛因和同事在科技设施委员会（STFC），Rutherford Appreton实验室（RAL）中使用Gemini激光进行了LWFA实验。示出了本研究中使用的LWFA的实验组的概述是图1，使用A的成像ikon-l sy探测器。

图1：从Hussein等人再现。在a）中，实验原理图显示为X射线检测器的IKON-L SY。在B）中示出了本研究中使用的电子束的电子束的电子束样品。Betatron X射线谱如C）所示，具有绿色提供的误差包络。

图2a)显示了加工后的Al-Si共晶样品(~ 1 mm)的显微镜图像。此外，LWFA实验中使用x射线获得的图像如图2b所示;~ 3微米的层状特征是可以清晰分辨的。

图2.从Hussein等人修改。在A）中，用于使用光学显微镜成像的LWFA实验的Al-Si样品。来自LWFA实验的B中的相位对比X射线图像。

总体侯赛因和同事证明了使用LWFA的高分辨率X射线成像可以解决层状特征〜3微米。因此，LWFA可以提供一种X射线源，其是同步rotron来源的实惠且更方便的替代品。使用LWFA产生的X射线束具有低发散，持续时间小于100 fs。这些超快X射线束对于需要高时分辨率的用于原位测量的应用。万博电脑网页版登录例如，在医学成像，添加剂制造和其他新兴科学和工程应用中。万博电脑网页版登录

笔记

这项工作涉及来自密歇根大学的研究人员，兰卡斯特大学，伦敦帝国学院，劳伦斯利弗莫尔国家实验室，科技设施理事会（STFC）Rutherford Appreton实验室，钻石光源，隆隆大学，约克等离子研究所，斯特拉斯科大学，艾尔塞尔科，GOLP / INSTITUTO DE PLASMAS ESubsão核INSITUTUTS高级Técnico和瑞士光源，Paul Scherrer Institute。

参考文献

1. Hussein等。激光 - 韦克菲尔德加速器，用于复杂微观结构的高分辨率X射线成像，2019年，科学报告，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，现代物理评论，81,1229 - 1285,doi: 10.1103/ revmodphysics .81.1229