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利用激光,隔空100米,能探测到空气中产生的电子!

科学家开发出一种新的基于激光的方法,可以以前所未有的灵敏度检测感兴趣的电荷和化学物质。有一天,这种新方法可能为安全和安全应用提供扫描大面积放射性或危险化学品的手段。

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这种新技术被称为中红外皮秒激光驱动电子雪崩,可检测空气或其他气体中的极低电荷密度(给定体积中的电荷数)。研究人员可以测量辐射源产生的空气中电子密度,其水平低于十亿分之一十亿,相当于从数百亿正常空气分子中选择一个自由电子。

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该研究发表在《光学学报》(Optica),马里兰大学的研究人员报告使用这种新方法校准用于探测1米外辐射空气的激光。该方法可用于检测其他化学品和物种,并可延伸至10米甚至100米的距离进行远程检测。该论文的第一作者丹尼尔伍德伯里说:可以确定电荷密度太低,无法通过任何其他方法测量。该研究证明了该方法检测放射源的能力,但它最终可用于需要测量气体中痕量化学物质的任何情况,例如帮助跟踪污染,化学品或安全隐患。/p>

这项新技术基于一种称为电子雪崩的过程,其中激光束加速气体中的单个自由电子,直到它获得足够的能量来碰撞分子中的另一个分子,从而产生第二个自由电子器件。该过程重复并发展成碰撞级联或雪崩生长指数,直到激光焦点中出现明亮的可观察火花。虽然自20世纪60年代以来就存在激光驱动的电子雪崩。但该研究使用了一种新的高能长波激光(皮秒中红外激光)

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检测仅由初始自由电子接种的局部碰撞级联。当使用较短波长的激光脉冲时,原始播种雪崩种子的自由电子直接被激光光子产生的自由电子掩盖,而不是通过碰撞。该研究以该组先前的研究为基础,该研究表明,由中红外激光驱动的雪崩击穿对源附近的电子密度敏感,并改变击穿发生所需的时间。该研究设想使用这种方法远程测量辐射源附近的辐射。

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因为来自传统放射性衰变产物探测器盖革计数器和闪烁体的信号远离源头显着减少。然而,利用激光束,可以远程检测在源附近的空气中产生的电子。然而,在先前的实验中,由于电子雪崩生长是指数的,因此很难确定种子播下了多少电子。 10,100甚至1000个电子可以产生非常相似的信号。

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虽然可以使用理论模型给出粗略估计,但是不可能确定测量的电子密度是多少。对于合适的激光脉冲长度,由激光焦点内的单个电子引起的多次击穿将保持不同。拍摄激光聚焦体积的图像并计算这些火花的数量(每个火花由单个电子播种)等同于测量这些原始种子电子的密度。发现波长为50皮秒的中红外激光(3.9微米波长)在波长和脉冲持续时间方面都是最佳的。

研究人员通过测量电离空气源附近产生的电荷密度,证明了检测概念的可行性。电子密度测量为每立方厘米1000个电子,这受到来自宇宙射线的背景电荷和自然发生的放射性的限制。该方法用于精确检测激光雪崩探测器,实现放射源的远程探测。其他方法限于大约1000万倍的电子密度,几乎没有空间和时间分辨率。该方法可以直接计数电子并在10皮秒的时间尺度上以10微米的精度确定它们的位置。

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该技术可用于测量各种来源的超低电荷密度,包括强场物理相互作用或化学物质。将皮秒中红外激光器与选择性电离目标分子的第二激光器配对使得该技术可以测量远远超过化学品十亿分之一的灵敏度。目前,万亿分之一是气体检测中非常小的密度极限,研究人员正在继续努力使这种方法在实际中更加实用。

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0.3

2019.08.05 15: 44

字数1391

科学家开发出一种新的基于激光的方法,可以以前所未有的灵敏度检测感兴趣的电荷和化学物质。有一天,这种新方法可能为安全和安全应用提供扫描大面积放射性或危险化学品的手段。

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这种新技术被称为中红外皮秒激光驱动电子雪崩,可检测空气或其他气体中的极低电荷密度(给定体积中的电荷数)。研究人员可以测量辐射源产生的空气中电子密度,其水平低于十亿分之一十亿,相当于从数百亿正常空气分子中选择一个自由电子。

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该研究发表在《光学学报》(Optica),马里兰大学的研究人员报告使用这种新方法校准用于探测1米外辐射空气的激光。该方法可用于检测其他化学品和物种,并可延伸至10米甚至100米的距离进行远程检测。该论文的第一作者丹尼尔伍德伯里说:可以确定电荷密度太低,无法通过任何其他方法测量。该研究证明了该方法检测放射源的能力,但它最终可用于需要测量气体中痕量化学物质的任何情况,例如帮助跟踪污染,化学品或安全隐患。/p>

这项新技术基于一种称为电子雪崩的过程,其中激光束加速气体中的单个自由电子,直到它获得足够的能量来碰撞分子中的另一个分子,从而产生第二个自由电子器件。该过程重复并发展成碰撞级联或雪崩生长指数,直到激光焦点中出现明亮的可观察火花。虽然自20世纪60年代以来就存在激光驱动的电子雪崩。但该研究使用了一种新的高能长波激光(皮秒中红外激光)

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检测仅由初始自由电子接种的局部碰撞级联。当使用较短波长的激光脉冲时,原始播种雪崩种子的自由电子直接被激光光子产生的自由电子掩盖,而不是通过碰撞。该研究以该组先前的研究为基础,该研究表明,由中红外激光驱动的雪崩击穿对源附近的电子密度敏感,并改变击穿发生所需的时间。该研究设想使用这种方法远程测量辐射源附近的辐射。

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因为来自传统放射性衰变产物探测器盖革计数器和闪烁体的信号远离源头显着减少。然而,利用激光束,可以远程检测在源附近的空气中产生的电子。然而,在先前的实验中,由于电子雪崩生长是指数的,因此很难确定种子播下了多少电子。 10,100甚至1000个电子可以产生非常相似的信号。

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虽然可以使用理论模型给出粗略估计,但是不可能确定测量的电子密度是多少。对于合适的激光脉冲长度,由激光焦点内的单个电子引起的多次击穿将保持不同。拍摄激光聚焦体积的图像并计算这些火花的数量(每个火花由单个电子播种)等同于测量这些原始种子电子的密度。发现波长为50皮秒的中红外激光(3.9微米波长)在波长和脉冲持续时间方面都是最佳的。

研究人员通过测量电离空气源附近产生的电荷密度,证明了检测概念的可行性。电子密度测量为每立方厘米1000个电子,这受到来自宇宙射线的背景电荷和自然发生的放射性的限制。该方法用于精确检测激光雪崩探测器,实现放射源的远程探测。其他方法限于大约1000万倍的电子密度,几乎没有空间和时间分辨率。该方法可以直接计数电子并在10皮秒的时间尺度上以10微米的精度确定它们的位置。

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该技术可用于测量各种来源的超低电荷密度,包括强场物理相互作用或化学物质。将皮秒中红外激光器与选择性电离目标分子的第二激光器配对使得该技术可以测量远远超过化学品十亿分之一的灵敏度。目前,万亿分之一是气体检测中非常小的密度极限,研究人员正在继续努力使这种方法在实际中更加实用。

科学家开发出一种新的基于激光的方法,可以以前所未有的灵敏度检测感兴趣的电荷和化学物质。有一天,这种新方法可能为安全和安全应用提供扫描大面积放射性或危险化学品的手段。

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这种新技术被称为中红外皮秒激光驱动电子雪崩,可检测空气或其他气体中的极低电荷密度(给定体积中的电荷数)。研究人员可以测量辐射源产生的空气中电子密度,其水平低于十亿分之一十亿,相当于从数百亿正常空气分子中选择一个自由电子。

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该研究发表在《光学学报》(Optica),马里兰大学的研究人员报告使用这种新方法校准用于探测1米外辐射空气的激光。该方法可用于检测其他化学品和物种,并可延伸至10米甚至100米的距离进行远程检测。该论文的第一作者丹尼尔伍德伯里说:可以确定电荷密度太低,无法通过任何其他方法测量。该研究证明了该方法检测放射源的能力,但它最终可用于需要测量气体中痕量化学物质的任何情况,例如帮助跟踪污染,化学品或安全隐患。/p>

这项新技术基于一种称为电子雪崩的过程,其中激光束加速气体中的单个自由电子,直到它获得足够的能量来碰撞分子中的另一个分子,从而产生第二个自由电子器件。该过程重复并发展成碰撞级联或雪崩生长指数,直到激光焦点中出现明亮的可观察火花。虽然自20世纪60年代以来就存在激光驱动的电子雪崩。但该研究使用了一种新的高能长波激光(皮秒中红外激光)

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检测仅由初始自由电子接种的局部碰撞级联。当使用较短波长的激光脉冲时,原始播种雪崩种子的自由电子直接被激光光子产生的自由电子掩盖,而不是通过碰撞。该研究以该组先前的研究为基础,该研究表明,由中红外激光驱动的雪崩击穿对源附近的电子密度敏感,并改变击穿发生所需的时间。该研究设想使用这种方法远程测量辐射源附近的辐射。

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由于传统的放射性衰变产物探测器盖革计数器和闪烁体发出的信号与辐射源的距离大大减小。然而,利用激光束,可以远程探测到源附近空气中产生的电子。然而,在之前的实验中,由于电子雪崩的增长是指数级的,所以很难确定种子播下了多少电子。10个,100个甚至1000个电子可以产生非常相似的信号。

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虽然可以用理论模型给出粗略的估计,但不可能确定测量的电子密度是多少。对于一个合适的激光脉冲长度,由激光焦点内的一个电子引起的多次故障将保持不同。获取激光聚焦体积的图像并计算这些火花的数量(每个火花由一个电子播种)相当于测量这些原始种子电子的密度。研究发现,波长为50皮秒的中红外激光器(3.9微米波长)在波长和脉冲持续时间上都是最佳的。

研究人员通过测量电离空气源附近产生的电荷密度,证明了探测概念的可行性。电子密度被测量到每立方厘米1000个电子,这受到宇宙射线背景电荷和自然产生的放射性的限制。该方法用于精确检测激光雪崩探测器,实现对放射源的远程检测。其他方法的电子密度限制在大约1000万倍以上,空间和时间分辨率很低。该方法可以在10皮秒的时间尺度上,以10微米的精度直接计数电子并确定其位置。

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该技术可用于测量各种来源的超低电荷密度,包括强场物理相互作用或化学物质。将皮秒中红外激光器与选择性电离目标分子的第二激光器配对使得该技术可以测量远远超过化学品十亿分之一的灵敏度。目前,万亿分之一是气体检测中非常小的密度极限,研究人员正在继续努力使这种方法在实际中更加实用。