Gamma ray laser

Physikalische Grundlagen, Information und Fragen zu Lasern.

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Gamma ray laser

Beitrag von rocketman340 » Mi 22 Feb, 2012 11:50 pm

Hello,
wer hatte gamma ray laser mit upconversion von optical photons davon gehort? :o
Es ware moglich durch ein 2 step process ein gamma ray laser zu machen. :)
Ein direct pumpen mit neutronen is nicht moglich sogar mit nulear explosion (die leistung ist zu klein)
Ich habe gelesen das ein pumpen mit nicht koherenten Xray (10 keV) von eine matrize in Beryllium ein "threshold" von 300J/cm2/liftime hatte das wurde von 150-250 grade auf hitzen.

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VDX
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Re: Gamma ray laser

Beitrag von VDX » Do 23 Feb, 2012 10:39 am

... da gab's doch mal irgendwas mit dem Z-Pinch-Effekt (Einschnürung einer Plasma-Stromschleife bei verdampfender Drahtwindung) oder einer kleinen Nuklearexplosion an einem passend geformten 'Resonator', womit Nanosekunden-Gammalaserpulse erzeugt werden könnten ... aber immer in beide Richtungen des Resonators ... und ohne eine praktikable Möglichkeit, die Strahlen abzuschirmen ... also wohl eher nur als 'Einmal-Wegwerf-Waffe' geeignet :freak:

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von goamarty » Do 23 Feb, 2012 10:47 am

Natürlich reicht eine N-Explosion nicht aus. Man nehme eine "etwas größere" Supernova und während das ganze rasch rotierend zu einem schwarzen Loch kollabiert, wird das Magnetfeld und dadurch auch das Plasma so stark komprimiert, daß ein Gamma-Puls entsteht. Zwar nicht wirklich monochromatisch, aber ziemlich gut kollimiert. :lol: :lol:
Zum nachlesen: http://de.wikipedia.org/wiki/Gammablitz
Wenn die berechneten > 10^40 Watt doch etwas zuviel Leistung sind, dann könnte man ja mit einem großen Teilchenbechleuniger arbeiten. Den FEL hat Dr.Ulli ja schon erwähnt.

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medusa
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Re: Gamma ray laser

Beitrag von medusa » Do 23 Feb, 2012 1:17 pm

Z-Pinch macht aber "nur" Röntgenlaser, soweit ich weiß.

Es gab doch da irgend so ein Gesetz, daß die Pumpleistung exponentiell steigt, je kürzer die Wellenlänge des gewünschten Lasers wird?! Gammalaser dürfte da ziemlich utopisch sein.
Gamma Ray Bursts sind übrigens nicht wirklich kohärent, weil es sich dabei um Bremsstrahlung handelt. Letztere entsteht an den Spitzen der fast lichtschnellen Jets, die das schwarze Loch im Inneren der Hypernova ausstößt und die sich durch die äußeren Schichten der Nova pflügen.

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von floh » Mo 27 Feb, 2012 10:14 am

Der Freie-Elektronen-Laser (FEL) hat auch "Laser" im Namen obwohl keine stimulierte Emission stattfindet.
Immerhin wird das Impulspaket mittels eines Ultrakurzpuls UV-Laser ausgelöst, zumindest beim SwissFEL ist das der Fall.

http://www.psi.ch/swissfel/

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von goamarty » Mo 27 Feb, 2012 12:15 pm

Es gibt auch metastabile energiereiche Kernzustände bei manchen Elementen bzw. Isotopen. Vielleicht wäre damit zumindest physikalisch-theoretisch etwas Vergleichbares wie die Besetzungsinversion und stimulierte Emission denkbar.

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von goamarty » Di 28 Feb, 2012 2:10 am

Vielleicht könnte man ja einen theoretischen "Gamma Laser" mit der Strahlung einer radioaktiven Quelle - unkohärent - pumpen und stimulierte Emission hervorrufen. Aber ich mache mir jetzt eher um den Resonator sorgen. :-) Die Variante der Röntgenteleskope mit dem extrem flachen Einfallswinkel schaut mir da eher unpassend aus. Oder es würde eine sehr "interessante" Resonatorgeometrie.

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von rocketman340 » Di 28 Feb, 2012 7:10 pm

[*](PhysOrg.com) -- Building a nuclear gamma-ray laser has been a challenge for scientists for a long time, but a new proposal for such a device has overcome some of the most difficult problems. In the new study, Eugene Tkalya from the Institute of Nuclear Physics at Moscow State University has theoretically proven how the stimulated gamma emission of thorium nuclei can emit coherent visible light. Although the nuclear gamma-ray laser emits light based on stimulated emission, it operates a bit differently than a normal laser

Photons in a normal laser are emitted by atoms, by ions, and so on,” Tkalya told PhysOrg.com. “In the nuclear gamma-ray laser, the photons are emitted by atomic nuclei.”

In the study, which is published in a recent issue of Physical Review Letters, Tkalya explains that a nuclear gamma-ray laser has to overcome at least two basic problems: accumulating a large amount of isomeric nuclei (nuclei in a long-lived excited state) and narrowing down the gamma-ray emission line. The new proposal fulfills these requirements by taking advantage of thorium’s unique nuclear structure, which enables some of the photons from an external laser to interact directly with thorium’s nuclei rather than its electrons.

Tkalya’s proposal uses a lithium-calcium-aluminum-fluoride (LiCaAlF6) compound, in which some of the calcium is replaced with thorium. After a sufficient amount of isomeric thorium nuclei have been excited by an external laser, the nuclei can interact with a surrounding electric or magnetic field to create a population inversion, so that the system contains more excited nuclei than unexcited nuclei. (In a regular laser, a population inversion usually involves getting more electrons in a higher energy level than a lower energy level.) Then, Tkalya showed that the nuclei can emit or absorb photons without recoil, allowing them to produce light without losing energy.

“The nuclear gamma-ray laser considered in my article can emit ‘visible’ (vacuum ultraviolet [VUV]) light (or gamma-rays of the optical range) only,” Tkalya said.

As Tkalya explained, a nuclear gamma-ray laser could open up several interesting applications, although he has not thoroughly investigated them yet. One possibility is that the gamma-ray emission of the excited thorium nuclei is in the optical range called “nuclear light.
“In my opinion, it is interesting to see a ‘nuclear light,’” he said. “An application of nuclear light is the nuclear metrological standard of frequency, or the ‘nuclear clock.’”

In addition, the device could be used to test many fundamental properties of nature, such as the exponentiality of the decay law and the effect of the variation of the fine structure constant.

More information: E.V. Tkalya. “Proposal for a Nuclear Gamma-Ray Laser of Optical Range.” Physical Review Letters 106, 162501. DOI:10.1103/PhysRevLett.106.162501

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von VDX » Di 28 Feb, 2012 11:11 pm

... hmm ...
“The nuclear gamma-ray laser considered in my article can emit ‘visible’ (vacuum ultraviolet [VUV]) light (or gamma-rays of the optical range) only,” Tkalya said.
... "UV" ... "gamma-rays of the optical range" ... mir scheints hier wird 'sichtbares' UV-Licht emittiert, das nur 'gamma-ray' heißt, weil es von einem angeregten Atomkern stammt und nicht von Elektronen :freak:

Viktor
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Re: Gamma ray laser

Beitrag von rocketman340 » Mi 29 Feb, 2012 8:56 am

rocketman340 hat geschrieben:Hello,
wer hatte gamma ray laser mit upconversion von optical photons davon gehort? :o
Es ware moglich durch ein 2 step process ein gamma ray laser zu machen. :)
Ein direct pumpen mit neutronen is nicht moglich sogar mit nulear explosion (die leistung ist zu klein)
Ich habe gelesen das ein pumpen mit nicht koherenten Xray (10 keV) von eine matrize in Beryllium ein "threshold" von 300J/cm2/liftime hatte das wurde von 150-250 grade auf hitzen.

[*]

GRASERS gamma ray lasers ! :shock:

Nuclear explosions were considered as a power supply for these high-energy lasers. This became a reality at the time of the Strategic Defense Initiative (SDI) of the 1980s, when x ray laser beams initiated by nuclear explosives possibly surrounded by rods of titanium, palladium or tantalum were generated underground at the Nevada Test Site. At the Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) the Novette laser, precursor of the Nova laser, was used for the first laboratory demonstration of an x ray laser in 1984.
A nuclear isomer is a long lived excited state of the nucleus. Its decay to the nuclear ground state is inhibited. An isomer thus can store a large amount of energy. Nuclear isomers with a long half life and a high energy release such as 72Hf178moffer the possibility to be standalone energy sources. If that energy can be controllably released rather than gradually over time, a nuclear battery can be built. If it is instantaneously released, it could be used as a rocket propellant or an explosive. The idea of generating gamma ray lasers dates back to the late 1990s.
Gamma rays amplification by the stimulated emission of radiation from nuclear isomers may become a reality as “gasers.” Lasers is an acronym standing for: light amplification by the stimulated emission of radiation. Whereas light as electromagnetic radiation normally involves photons with energies in the electron volts (eV) energy range, gamma rays with a higher frequency and a shorter wave length would carry energies in the Million electron volts (MeV) range.
Gamma rays are quanta of electromagnetic radiation of very short wavelength and very high energy, on the order of a million times more energetic than visible light photons, and at least 10 times more energetic than x-ray photons. When a nucleus undergoes a spontaneous transition from an excited state to a lower-energy state, it emits one or more gamma rays, just as an excited atom emits visible photons upon de-excitation.
There are some nuclear species that have very long-lived excited states, called isomers. When a nucleus is in such a state, it stores this excitation energy, which is subsequently released spontaneously in the form of gamma rays.
An example is an isomer of the nucleus hafnium: 72Hf178m, shown in Fig. 2. Hafnium is a heavy metal with the atomic number 72. This isomer has a half-life of 31 years, and excitation energy of 2.5 million electron volts (MeV). The energy stored in an ounce of pure 72Hf178m could heat 120 tons of water at room temperature to the boiling point. The energy content of 72Hf178m is large compared with chemical explosives, and about 100 times smaller than that of the fissile materials in nuclear weapons.
To put this energy into use as a gamma ray laser or gaser, a mechanism is required to release the energy quickly, on demand, and in a controllable manner, not at the useless pace of several decades through normal radioactive decay.

GAMMA RAY LASERS
INTRODUCTION
A nuclear isomer has a nucleus with a higher energy state than its ground state. This excited state is very long lived compared with the usual lifetimes of excited nuclear states. This longer lifetime results because the transition to the nuclear ground state requires a large change in the spatial structure of the nucleus, for a shape isomer, or in the angular momentum or spin of the nucleus between the isomer and the nuclear ground
state, for a spin isomer. Both these types of isomers release energy as electromagnetic radiation in the form of gamma rays to reach the ground state.
Nuclear isomers possess a wide range of lifetimes from the picosecond to the year range. An example is 83Ta180m whose half life is 1015 years with an excitation energy of 75 keV. Its decay is inhibited because the angular momentum of the isomer’s nucleus is quite different from the nucleus of the ground state. In its ground state 83Ta180 it is quite unstable and it decays within just 8 hours. Interestingly the isomeric state can be found in naturally occurring samples, but not the ground state.
Another isomer is 72Hf178mwith a half life of 31 years, and a large excitation energy of 2.4 MeV. One kilogram of pure 72Hf178m embodies an energy content of one terajoule or 1012 joules. If accelerated decay can be achieved, just one gram of 100 percent isomeric 72Hf178m could release one gigajoule or 109 joules of energy, more than the energy release from about 200 kgs of Trinitrotoluene (TNT), high explosive :shock:

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von rocketman340 » Do 01 Mär, 2012 10:08 pm

Dr.Ulli hat geschrieben:@ rocketman: Thanks for this interesting information!
The main problem for a technical realisation of a GASER seems to be:
....a mechanism is required to release the energy quickly, on demand, and in a controllable manner, ....
:freak:
Hello Dr.Ulli, :D
The Hafnium 178m isomer used in the metastable state ( t 1/2= 31 years) can be triggered by bombarding with low energy x-ray (10-80 keV) excites the atom to an even higher energy, that can decay to the ground state releasing a high energy gamma ray. (isometric transition) This is a spontanious gamma decay 1.3 GJ/g to the ground state of Hafnium 178. If the xray burst is very short the gamma ray will be shorter and superradiant and that is a graser.
:mrgreen:

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von medusa » Do 01 Mär, 2012 10:30 pm

This is a spontaneous gamma decay...
Exactly. Spontaneous. NOT stimulated emission. Therefore, it may be a strong gamma pulse but it will not be coherent thus no GRASER.

~medusa.
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Re: Gamma ray laser

Beitrag von StarryEyed » Sa 03 Mär, 2012 1:24 am

Hey,

in my opinion ,to benefit Rocketman340, it should not be a problem to write on in english.Everybody who is interested in this thread and doesnt understands english should be able to use babelfish or any other translator.
Or is there any possibility to move this thread to the English forum?so german users cant complain :)

Best Regards
StarryEyed

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von rocketman340 » Sa 03 Mär, 2012 5:48 pm

SORRY FOR THE ENGLISH ! :D
ich muss auf Deutsch der Google traductor nemen! :evil:

zum antworten :

Ein Graser (Gammastrahlen-Laser) erzeugt Gammastrahlen, die von Kernanregung eines nuclear Isomers durch Pumpen mit Röntgenstrallen-nicht-kohärente oder auch durch Protonenbeschuß oder Alphastrahlen.
Die 178m2 Hf Isomer . durch eine Röntgenaufnahme gepumpt wird auf einem metastabilen Zustand. und falt in den Zustand minimaler Energie.

Die Anregung durch Röntgenstrahlen 10-70 keV reicht aus, um das Prozess auslösen und die Energie für Hafnium 178 emittiert wird, ist 2,8 MeV ist 100.000-mal mehr Energie als der pump photon, das ist eine Art von Verstärkung aber nicht mit stimulierte emission, aber der Effekt ist der gleiche!

In einem Laser die pump energie muss größer als die ausgang Energie sein, in ein Graser die Pumpe photonen haben eine energie von 10-70 keV und die emittierte Photonen2,8 MeV ! Das ist eine AMPLIFICATION !

Die räumliche Kohärenz wird durch die Geometrie erhalten das aktive Medium wird Uran Stange 238 von 1 mm im Durchmesser verwendet mit einer Schischte von Hafnium 178m2 Isomer von 1 Mikrometer dick bedeckt. und 10 mm lang.
Wird mittels eines gepulsten Röntgen-Generator nicht-kohärenten mit 100 Joule gepump und der Gräser emitiert einer Gammastrahlen von10 MJ!
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Re: Gamma ray laser

Beitrag von goamarty » Sa 03 Mär, 2012 8:50 pm

I would prefer, if you post your english original text. At least additionally to the babelfish translation. This translations "hurt in the eyes".

Another Question: Is there any possible application for this Gamma-Generator? At least you already posted some technical details about a possible configuration. I think it would be very difficult to build any kind of engine using this energy source. As a tool? Or only as a new kind of weapon - that would be very sad - I think there are enough weapons in this world.

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von VDX » Sa 03 Mär, 2012 9:05 pm

... think about a 3D-scanner capable of 'scanning' and sensing through mountains and such :freak:

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Re: Gamma ray laser

Beitrag von medusa » So 04 Mär, 2012 12:13 am

Ich bin immer noch nicht überzeugt, daß da stimulierte Emission stattfindet. Eine Power-LED ist schließlich auch kein Laser, auch wenn sie heller als manche Laser ist.
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Re: Gamma ray laser

Beitrag von goamarty » So 04 Mär, 2012 1:24 am

So wie ich es verstehe, ist es auch keine stimulierte Emission im Sinne des Lasers. Da werden ja gleiche Photonen stimuliert ausgelöst. Beim Hafnium löst ein niederenergetisches Photon, ein weit höher energetisches aus. Aber trotzdem könnte es mit einer passenden Anordnung möglich sein, gebündelte oder weitgehend kohärente Strahlung zu erzeugen.

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