소형 가스 페달은 레이저 후류에서 전자를 서핑하게 하여 수백억 전자 볼트의 에너지를 생성합니다.

입자 가스 페달은 반도체 응용, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 기존의 가스 페달은 작동하기 위해 넓은 공간이 필요하고 가격이 매우 높으며 일부 국립 연구소와 대학에서만 사용할 수 있습니다. 극한 조건에서의 물질 및 방사선(Matter and Radiation in Extreme Conditions) 저널 최신호에 따르면, 오스틴에 있는 텍사스 대학교를 포함한 연구팀은 길이가 20m 미만인 첨단 레이저 테일 필드 가속기(Advanced Laser Tail Field Accelerator)라는 소형 입자 가스 페달을 시연했습니다. 100억 전자볼트의 에너지를 갖는 전자빔.
현재 미국에는 이러한 높은 전자 에너지에 도달할 수 있는 가스 페달이 두 개뿐이지만 둘 다 길이가 3km입니다. 이제 연구자들은 10cm 이내의 챔버에서 이러한 높은 에너지를 얻을 수 있습니다.
레이저 웨이크 필드 가스 페달은 헬륨 가스를 플라즈마로 가열하고 가스에서 전자를 빼내는 파동을 생성하여 고에너지 전자 빔을 생성하는 매우 강력한 레이저로 헬륨 가스를 발사하는 원리를 기반으로 합니다. 이 개념은 1979년 제안된 이후 널리 알려졌습니다.
이번에 연구팀의 핵심 발전은 나노입자에 의존한다. 보조 레이저가 가스실 내부의 금속판에 충돌하면 파동에서 전자로 전달되는 에너지를 향상시키는 금속 나노입자 흐름이 주입됩니다.
호수 표면을 스쳐가는 보트처럼 레이저는 항적을 남기고 전자는 항적 서핑을 하는 사람처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동합니다. 연구자들은 이를 서퍼가 통제되지 않은 채 파도에 들어가는 어려움과 비교하므로 일반적으로 모터보트는 서퍼를 파도 속으로 끌어들입니다. 새로운 가속 페달에서 나노입자는 모터보트와 동일하며 적절한 지점과 시간에 전자를 방출하므로 모두 꼬리 파도를 "서핑"할 수 있습니다.
실험에서 연구원들은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 텍사스 타일 레이저(Texas Tile Laser)를 사용했습니다. 이 레이저는 한 시간에 한 번 초강력 빛 펄스를 방출하지만 지속 시간은 150펨토초에 불과합니다.
팀은 현재 방사선을 견딜 수 있는 우주 전자 장치의 능력 테스트, 칩 설계의 3D 내부 사진 촬영, 새로운 암 치료법 및 고급 의료 영상 기술 개발과 같은 다양한 목적으로 가속 페달의 사용을 탐색하고 있습니다.
가스 페달은 X선 자유전자 레이저에 전력을 공급하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이 레이저는 약물-세포 상호작용, 화재를 일으키는 배터리 내부 변화와 같은 원자 또는 분자 규모의 사건을 슬로우 모션 영상으로 촬영할 수 있는 장치입니다. 우선, 태양 전지판 내부의 화학 반응과 바이러스 단백질이 세포를 감염시키면서 모양이 바뀌는 방식을 살펴보겠습니다.