Kernübergangslaser

Es gibt jetzt einige Überschneidungen zwischen dem, was wir mit optischen Elementen tun können, und der Art von Photonenenergien, die Kernanregungen entsprechen. Insbesondere hat der ^{229 Th-Kern, wie z. B. in} dieser Veröffentlichung erwähnt, einen niedrig liegenden angeregten Energiezustand$E=7.8\pm0.5\:\mathrm{eV}$, und dies ist niedrig genug, um einigen einigermaßen intensiven Laserquellen zugänglich zu sein.

Das sagt Ihnen jedoch bereits, wo Sie in Bezug auf die Herstellung eines Lasers mit denselben Frequenzen stehen, und das allererste, womit Sie sich auseinandersetzen müssen, ist die Absorption. Was wir bei optischen Experimenten im extremen UV-Bereich festgestellt haben, ist, dass Licht bei diesen Frequenzen wirklich keine Richtungsänderungen mag: Es will einfach nur vorwärts rollen, egal was passiert. So können Sie Optiken mit streifendem Einfall mit relativ hohem Reflexionsgrad, aber mit Einfallswinkeln im Bereich von 85 ° herstellen, oder Sie können Spiegel mit normalem Einfall mit Reflexionsgraden im Bereich von 10% herstellen, aber das ist ungefähr das Beste, was Sie tun können.

Keine dieser Optionen ist besonders geeignet, um einen Resonanzhohlraum zu bauen ( trotz Femtosekunden-Verstärkungshohlräumen ), so dass die Herstellung eines Multipass-Lasers irgendwie ausgeschlossen ist, und es wird nur noch schlimmer, wenn Sie die Photonenenergie erhöhen und immer mehr Materialien einfach aufgeben und Ihre Photonen entweder absorbieren oder unverändert durchlassen.

Der Verlust einer Höhle ist wirklich ein ziemlich großer Verlust, obwohl er nicht tödlich ist. Sie können in der Tat kavitätslose Laser herstellen, wie z. B. moduslose Farbstofflaser, meistens indem Sie stark genug pumpen, dass jedes spontan emittierte Photon auf seinem Weg aus dem Material eine nicht triviale Verstärkung aufnimmt, aber das macht es offensichtlich viel schwieriger Kontrollieren Sie die Kollimation und Kohärenz der Strahlung, wofür Sie dies vermutlich in erster Linie getan haben.

Darüber hinaus ist der Schritt "stark genug pumpen" offensichtlich besonders herausfordernd, wenn Ihr Verstärkungsmedium angeregte Kerne sind. Es ist wahrscheinlich möglich, wenn Sie hart genug arbeiten, eine Besetzungsinversion in einem Laser zu erzeugen, indem Sie zB einen Elektron/Neutron/Alpha-Strahl mit genau der richtigen Energie verwenden, aber diesen Schritt so stark machen, dass das Verstärkungsmedium einzeln durchlaufen werden kann -Pass-Lasern ist wahrscheinlich einfach zu viel.

Wenn Sie jedoch nur Licht bei sehr hohen Frequenzen wollen, das hochgradig kollimiert und kohärent ist, gibt es viele andere Optionen, die Sie in Betracht ziehen können.

• Auf der optischen Seite kann die Erzeugung von Harmonischen höherer Ordnung kohärente Photonen bis hin zu erzeugen$1\:\mathrm{keV}$Regime durch Kombinieren von etwas mehreren tausend winzigen Photonen zu einem einzigen riesigen durch eine extrem nichtlineare Wechselwirkung in einem Gas ( Referenz ).
• In einem ähnlichen Bereich gibt es Freie-Elektronen-Laser , die ziemlich kohärentes Licht erzeugen, indem sie hochenergetische Elektronenstrahlen mit Magnetfeldern im Zickzack bewegen; diese lassen sich leichter auf höhere Photonenenergien und Pulsenergien treiben, sind aber manchmal etwas zittrig beim Pulstiming. Wenn Sie sich fragen, ob dies tatsächlich ein Laser ist oder nicht, haben wir eine App mit einer Frage dazu .
• Als weitere wirklich beeindruckende Technologie können Sie auch plasmabasierte Soft-Röntgenlaser (auch hier ), für die Sie im Grunde einen riesigen Laser verwenden, um etwas Plasma auf wirklich hohe Ladungszustände zu ionisieren, in einigen Fällen eine Besetzungsinversion erzeugen elektronischen Übergang im Ion (der im keV-Bereich oder mehr liegen wird, da Sie im Wesentlichen eine volle Hülle oder mehr entfernt haben) und verwenden Sie diesen dann, um einen kohärenten Samen zu lasern oder zu verstärken, den Sie von woanders erhalten haben (wie in zB diesem heroischen Experiment ).

Angesichts der Tatsache, dass Ihnen all diese Optionen zur Verfügung stehen und funktionieren, müssen Sie sich wirklich fragen, warum Sie dies tatsächlich tun, wenn Sie eine Quelle entwickeln möchten, die auf einem nuklearen Übergang basiert. An diesem Punkt besteht der einzige Vorteil, den Sie durch die Umstellung Ihres Verstärkungsmediums auf einen nuklearen Übergang erzielen könnten, darin, den Frequenzbereich bis zu einem MeV und darüber hinaus zu erweitern, aber dann müssen Sie auch einen tatsächlichen Nutzen für einen solchen bereitstellen Quelle. Da bleibt man wirklich bei nuklearphysikalischen Experimenten, denn bei jeder anderen Art von Physik wird diese Art von Photon entweder vorbeigehen oder Ihr System zerstören. Die Kernphysik scheint jedoch ohne diese Art von Quelle gut zu funktionieren, und Sie würden mit Strahlen von Elektronen / Neutronen / Protonen / Alphas / was auch immer konkurrieren. die bereits über viel verfügbare (und installierte) Technologie und Expertise verfügen. Es wäre also eine Menge Investition für sehr ungewisse Gewinne, also können Sie sehen, dass die Argumente für diese Forschung im Moment ziemlich schwach sind.

Wenn Sie jedoch wirklich wissen möchten, ob stimulierte Emission etwas ist, das Sie tatsächlich bei Kernübergängen beobachten können, ist der Begriff, nach dem Sie suchen müssen, induzierte Gammaemission , die als Möglichkeit in Betracht gezogen wurde, aber noch nicht endgültig nachgewiesen werden muss experimentell. Es scheint, dass wir dem über den Zerfall eines metastabilen Zustands von Hafnium ¹ am nächsten gekommen sind : Hier würden Sie, wie ich es verstehen würde, ¹⁷⁸ Hf in einem Kernreaktor produzieren, und ein nicht trivialer Bruchteil davon kommt in den metastabilen Zustand geben ^{Sie 178 m2} Hf an, ohne dass gepumpt werden muss. Dieser Zustand zerfällt normalerweise mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren, sodass Sie etwas Zeit haben, um beispielsweise zu versuchen, den Grundzustand ^{178 zu bombardieren}Hf mit Stoffen, die sich in etwas umwandeln, das chemisch getrennt werden kann, wodurch Sie eine mit dem metastabilen Isomer angereicherte Probe erhalten, die dann für induzierte Emission anfällig wäre. Es scheint jedoch, dass dies im Moment eine nicht realisierte Möglichkeit bleibt.

^{$^1$Hutspitze an @rob für den Hinweis auf diese Richtung ; Weitere Einzelheiten finden Sie in der anschließenden Chat-Konversation.}

Nun, dann sollte es offensichtlich von der nuklearen Energiequelle gepumpt werden. Es gab Versuche , in diese Richtung zu arbeiten, aber die Ergebnisse (falls vorhanden) sind wahrscheinlich klassifiziert.

Es gab auch Versuche, Isomerenübergänge zu nutzen : Ihr Energiebereich liegt zwischen Elektronen- und "normalen" Kernübergängen, scheint aber ebenfalls zu scheitern.