Kompaktna stopalka za plin ustvari na desetine milijard elektronskih voltov energije tako, da pusti elektronom, da deskajo po laserski sledi

Pedala za delce plina imajo velik potencial za aplikacije polprevodnikov, medicinsko slikanje in terapijo ter materiale, energijo in medicinske raziskave. Toda tradicionalne stopalke za plin zahtevajo veliko prostora za delovanje, so zelo drage in so na voljo le v nekaj nacionalnih laboratorijih in univerzah. Glede na zadnjo številko revije Matter and Radiation in Extreme Conditions je skupina raziskovalcev, vključno z Univerzo v Teksasu v Austinu, prikazala kompaktno pedalo za delce plina, manjšo od 20 metrov, imenovano Advanced Laser Tail Field Accelerator, ki proizvaja elektronski žarek z energijo 10 milijard elektronvoltov.
Trenutno sta v ZDA le dve stopalki za plin, ki lahko dosežeta tako visoke energije elektronov, vendar sta obe dolgi 3 kilometre. Zdaj lahko raziskovalci dosežejo tako visoke energije v komori znotraj 10 centimetrov.
Pedale za plin z laserskim prebujanjem temeljijo na izstrelitvi plina helija z izjemno močnim laserjem, ki ga segreje v plazmo in ustvarja valove, ki iz plina izbijejo elektrone, kar ustvari visokoenergijski elektronski žarek. Koncept je bil široko objavljen, odkar je bil predlagan leta 1979.
Tokrat se ključni napredek raziskovalne skupine opira na nanodelce. Pomožni laser zadane kovinsko ploščo znotraj plinske komore, ki vbrizga tok kovinskih nanodelcev, ki povečajo energijo, ki se prenese iz valovanja na elektrone.
Laser, kot čoln, ki pleza po gladini jezera, pušča sled, elektroni pa vozijo ta plazemski val kot surfer. Raziskovalci to primerjajo s težavo deskarja, ki nenadzorovano zaide v val, tako da motorni čoln običajno povleče deskarja v val. V novem pedalu za plin so nanodelci enakovredni motornemu čolnu, saj sproščajo svoje elektrone na pravi točki in ob pravem času, tako da lahko vsi "surfajo" na repnem valu.
Raziskovalci so v svojih poskusih uporabili enega najmočnejših impulznih laserjev na svetu Texas Tile Laser, ki enkrat na uro oddaja ultra močan svetlobni impulz, ki pa traja le 150 femtosekund.
Ekipa trenutno raziskuje uporabo njihovega pedala za plin za različne namene, kot je testiranje sposobnosti vesoljske elektronike, da prenese sevanje, fotografiranje 3D notranjosti zasnov čipov in celo razvoj novih terapij raka in naprednih tehnik medicinskega slikanja.
Stopalko za plin bi lahko uporabili tudi za napajanje rentgenskega laserja s prostimi elektroni, naprave, ki lahko posname počasne filme dogodkov na atomski ali molekularni ravni, kot so interakcije med zdravilom in celico, spremembe v bateriji, ki povzročijo požar za začetek kemične reakcije znotraj sončne celice in način, kako virusni proteini spreminjajo obliko, ko okužijo celico.