संयुक्त राज्य अमेरिका में केवल दो त्वरक हैं जो 10 बिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट कण बीम का उत्पादन करने में सक्षम हैं, और प्रत्येक लगभग 1.9 मील (3 किलोमीटर) लंबा है। टीएयू सिस्टम्स के सीईओ ने कहा, "अब हम इस ऊर्जा स्तर को 10 सेंटीमीटर (4 इंच) के भीतर हासिल कर सकते हैं।"
"इस तरह के कॉम्पैक्ट, उन्नत त्वरक को संचालित करने के लिए एक विशाल लेजर की भी आवश्यकता होती है - इस मामले में, टेक्सास पेटवाट लेजर, जो ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के उच्च ऊर्जा घनत्व विज्ञान केंद्र में 34-फुट (10-मीटर) लंबे मंच पर रखा गया है," टीएयू सिस्टम्स के सीईओ ने कहा।
दुनिया के सबसे शक्तिशाली लेजर में से एक के रूप में, यह "दिग्गज" संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थापित क्षमता की लगभग 1,000 गुना ऊर्जा के साथ एक सुपर-शक्तिशाली लेजर बीम का उत्सर्जन कर सकता है, लेकिन इसे प्रति घंटे केवल एक बार उत्सर्जित किया जा सकता है और केवल 150 फेमटोसेकंड तक ही रह सकता है, जो कि बिजली के डिस्चार्ज समय का एक अरबवां हिस्सा है।
TAU का उपकरण 66 फीट (20 मीटर) से कम लंबा है और 10 GeV तक की किरणें उत्सर्जित करता है। यह रुओफ़ेई त्वरण तकनीक के एक उन्नत संस्करण का उपयोग करता है जिसे पहली बार 1979 में वर्णित किया गया था और वर्तमान में कई त्वरक कार्यक्रमों द्वारा उपयोग किया जाता है।
साधारण कण त्वरक वास्तव में रिंगों की एक श्रृंखला होती है जो सकारात्मक वोल्टेज लागू होने पर इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करती है। छल्ले बारी-बारी से सक्रिय होते हैं, बढ़ती गति से सुरंग के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को खींचते हैं, इलेक्ट्रॉनों के आने से पहले प्रत्येक रिंग बंद हो जाती है।
लेजर-चालित त्वरक कमोबेश प्रकाश तरंगों को प्रकाश-गति वाले विद्युत चुम्बकों में बदल देते हैं, जिससे कणों को उनका अनुसरण करने की अनुमति मिलती है, जिससे बेहद कम दूरी पर असाधारण गति और ऊर्जा एकत्र होती है।
टीएयू का उपकरण हीलियम गैस से भरे एक कक्ष का उपयोग करता है। जब एक पेटावाट लेजर इन गैसों के माध्यम से प्रकाश की एक पल्स को फायर करता है, तो पल्स की विशाल ऊर्जा गैस को प्लाज्मा में आयनित कर देती है। जैसे ही यह प्लाज्मा के माध्यम से यात्रा करता है, नाड़ी अपने पीछे एक वेक छोड़ती है, ठीक उसी तरह जैसे एक जहाज पानी के माध्यम से यात्रा करते समय अपने पीछे एक वेक छोड़ता है, इस मामले को छोड़कर यह चार्ज में उतार-चढ़ाव का एक बेहद शक्तिशाली वेक बनाता है।
यदि किसी इलेक्ट्रॉन को बिल्कुल सही समय पर इंजेक्ट किया जाता है, तो ये विशाल गतिमान आवेश प्रकाश पल्स को खींचते हैं और पीछे धकेलते हैं, मूल लेजर पल्स की ऊर्जा (लेकिन गति नहीं) को खत्म करते हैं और इसे त्वरित इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित करते हैं, इसे थोड़ी दूरी पर "प्रकाश की गति के एक बड़े अंश" तक धकेल देते हैं।
इस उपकरण में टीएयू की प्रमुख प्रगति एक सहायक एब्लेशन लेजर का उपयोग है जो गैस चैंबर में धातु की प्लेट पर सटीक समय पर पल्स ट्रेनों को फायर करता है, जिससे लेजर पल्स ट्रेन का अनुसरण करते हुए इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को बढ़ाने के लिए धातु के नैनोकणों की एक धारा को गैस चैंबर में इंजेक्ट किया जाता है।
ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर और टीएयू सिस्टम्स के सीईओ ब्योर्न "मैनुअल" हेगेलिच ने कहा, "एक बड़ी लहर में कुचले बिना जाना मुश्किल है, इसलिए सर्फ़र्स जेट स्की द्वारा लहर में खींचे जाते हैं।" "हमारे त्वरक में जेट स्की के समतुल्य नैनोकण हैं जो सही समय पर और सही बिंदु पर इलेक्ट्रॉन छोड़ते हैं, इसलिए वे तरंग में होते हैं।" हम जब और जहां चाहें तरंग में अधिक इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर सकते हैं, न कि संपूर्ण अंतःक्रिया के दौरान सांख्यिकीय रूप से वितरित किए जा सकते हैं, और यही रहस्य है। "
हेग्लिच और उनकी टीम अपना स्वयं का डेस्कटॉप-आकार का लेजर सिस्टम विकसित कर रही है, जिसके बारे में उनका कहना है कि यह पूरे सिस्टम को अधिक कॉम्पैक्ट बना देगा और प्रति घंटे एक बार के बजाय प्रति सेकंड हजारों बार फायर करेगा।
तो, अल्ट्रा-छोटे उच्च-ऊर्जा कण त्वरक का क्या उपयोग है? शायद एक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़रों को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है, यह संभावित रूप से परमाणु या आणविक पैमाने पर धीमी गति वाले वीडियो को कैप्चर कर सकता है। इसका उपयोग यह परीक्षण करने के लिए भी किया जा सकता है कि क्या अंतरिक्ष उड़ान में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक घटक विकिरण का सामना कर सकते हैं, सेमीकंडक्टर चिप डिजाइन की आंतरिक संरचना की त्रि-आयामी इमेजिंग कर सकते हैं, और संभावित रूप से नए कैंसर उपचार और उन्नत चिकित्सा इमेजिंग तकनीक विकसित कर सकते हैं।
टीम का शोध पत्र मैटर एंड रेडिएशन एट एक्सट्रीम जर्नल में प्रकाशित हुआ था।