俄提出伽马射线激光器研发新方案

2011-5-04 09:33 来源: 中国科学院
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  长期以来,建造原子核伽马激光器一直是个难题。据美国物理学家组织网5月2日报道,莫斯科大学核物理专家最近提出了一种新方案,并从理论上证明,钍原子核受激产生的伽马辐射也能发出相干“可见”光。相关研究发表在最近出版的《物理评论快报》上。

  尽管原子核伽马射线激光也是以受激辐射为基础,但操作起来却和普通激光大不相同。在通常物质中,处于低能级的原子数大于处于高能级的粒子数,为了得到激光,必须使高能级上的粒子数目大于低能级上的原子数目,这种情况称为粒子数反转。在普通激光中,粒子数反转是让高能态电子比低能态电子多。普通激光的光子由原子或离子发出,而伽马射线激光的光子是由原子核发出,也称为原子核光。

  原子核光的产生至少要克服两个基本难题:一是积累一定量的同质异能原子核(能长时间保持激发态的原子核),二是缩小伽马射线发射界限。莫斯科大学核物理学院的尤金·塔卡利亚解释说,他们利用钍元素的独特原子核结构,满足了这些要求,与外部激光的光子直接反应的是钍原子核,而不是它的电子。

  研究小组使用了一种锂—钙—铝—氟(LiCaAlF6)混合物,并用钍替代了其中一些钙。当足够数量的同质异能钍原子核被外部激光激发后,原子核跟周围的电磁场发生反应,产生了粒子数反转,使整个系统中激发态的原子核多于非激发态原子核。然后,原子核能够发射或吸收光子而不会反冲,能发光而不会损失能量。

  塔卡利亚表示,该研究中的原子核伽马射线激光只能发射“可见的”真空紫外光或称视觉范围的伽马射线。其应用之一是,可作为原子核频率的度量标准,即“原子核钟”。此外,该设备还可用以测试许多自然界的基本属性,如衰变指数定律和精细结构常数的变化效应等。