ガンマ線レーザー - 百科事典

ガンマ線レーザー、またはグレーザーは、通常のレーザーが可視光の連続光線を生成するように、連続的なガンマ線を生成する仮想装置です。ガンマ線レーザーの潜在的な応用には、医療画像、宇宙船推進力、がん治療が含まれます。

2003年のノーベル賞講演で、ヴィタリー・ギンブルグはガンマ線レーザーを物理学の最も重要な30の問題の1つとして挙げました。

実際のガンマ線レーザーの構築に向けた取組は、量子力学、核および光学スペクトロスコピ、化学、固体物理学、冶金学、中性子の生成、調整、相互作用を含む多分野的なものです。これらすべての分野での専門知識と研究が必要であり、基礎科学と技術工学の両方を涉及しています。

研究
集団誘発発光が発生するためには、共振励起（同質異相）核状態の十分な濃度を得る問題が、ガンマ線スペクトル線の拡散に依存します。拡散の2つの形式の中で、均一拡散は同質異相状態の寿命の結果です：寿命が短いほど、線が広がります。非均一拡散は、均一拡散線がスペクトルに広がる全てのメカニズムを含みます。

最も一般的な非均一拡散は、固体中の励起された同質異相体中の分子の熱的運動によるドッペルタール拡散と、ガンマ線放出による後退拡散です。固体中の同質異相体は、ドッペルタール拡散された背景に重ね合わせられた鋭い成分を放出できます。これはモーゼバーエフェクトと呼ばれます。この後退しない放射は、背景からわずかに移動したドッペルタール拡散された背景の上に鋭い線を示します。

非均一背景を取り除き、鋭い線が得られた場合、利益を得るための条件があるように見えますが、利益を低下させる他の困難も存在します。それは、励起されていない状態が放射を共振的に吸収する、不透明な不純物、活性核が埋め込まれた結晶中での放出による損失です。後者は、ボルマン効果によって提供される透明性を利用する巧妙なマトリックス結晶の方向調整によって克服できます。

もう一つの困難、グレーザーディレマは、利益を得るべき特性と、十分な核反転密度を許可する特性が互いに矛盾するように見えることです。従来の放射化学によって、相当数の励起された核を活性化し、分離し、濃縮し、結晶化するのに必要な時間は少なくとも数秒です。反転が持続するようにするために、励起状態の寿命は相当に長くなければなりません。さらに、現地での中性子反転による加熱は、モーゼバーエフェクトを維持するのに不適切のように見えますが、まだ探索する道があります。

加熱は二段階中性子-ガンマ反応で減少させられます。この場合、中性子の捕獲は親体濃縮変換器で行われ、そこでモーゼバーエフェクト放射が生成され、それがグレーザーの基準状態の核に吸収されます。

複数のレベルの二段階ポンピングは、多くの利点を提供します。

もう一つのアプローチは、集団電子振動によって駆動される核変換を使用することです。その計画では、上と下のレーザー状態に加えて、長寿命のストレージ状態を含む同質異相状態のトリアを用います。

ストレージ状態は、短期寿命の上レーザー状態にエネルギー的に近いですが、スピン角運動の量子単位を介した禁止された変換で分離されています。

グレーザーは、非常に強い光学レーザーによって電子雲を前後させ、雲の近場で禁止された変換を満たすことで動作します。

その後、ストレージ状態の人口は、下レーザー状態への転移が共振的なガンマ放射によって自発的および誘発的に行われる上レーザー状態と迅速に均等化されます。核の近場で非線形が生じ、光学レーザー量子エネルギーの倍数の変換エネルギーと高い多極性を含む他の種類のトリアを使用して、ストレージ状態から上レーザー状態への迅速な転移が可能になります。

参考文献
B, Balko; Cohen, L; Sparrow, D A (1988). Gamma-Ray Lasers. doi:10.1016/C2009-0-11129-7. ISBN 978-0-08-037015-6.
Balko, Bohdan; Cohen, Leslie; Sparrow, David A (1986). Investigation of the Feasibility of Developing a Laser Using Nuclear Transitions (Report). DTIC ADA205318.
Killus, J. (2006). "The Gamma Laser". Unintentional Irony.