ガンマ線レーザー

ガンマ線レーザー（グレーザー）は、通常のレーザーが可視光線のコヒーレント光線を生成するのと同じように、コヒーレントガンマ線を生成する仮想装置です。 ^[1] ガンマ線レーザーの潜在的な用途には、医療用画像診断、宇宙船の推進、癌治療などがあります。^[2]

2003年のノーベル賞受賞講演で、ヴィタリー・ギンツブルグはガンマ線レーザーを物理学における30の最も重要な問題の1つとして挙げた。^[3]

実用的なガンマ線レーザーを構築するための取り組みは、量子力学、原子核分光法、光学分光法、化学、固体物理学、冶金学、さらには中性子の発生、減速、相互作用を含む学際的なものであり、これらすべての分野の専門知識と研究が求められます。この主題には基礎科学と工学技術の両方が関わっています。^[4]

集団誘導放出が起こるのに十分な共鳴励起（異性体）核状態の濃度を得るという問題は、ガンマ線スペクトル線の広がりに依存します。^[5] 2つの広がりの形式のうち、均質な広がりは異性体の寿命の結果です。寿命が短いほど、線は広がります。^{[6] [7] [8] [9]} 不均質な広がりは、均質に広がった線がスペクトル全体に広がるすべてのメカニズムで構成されます。^[10]

最もよく知られている不均一な広がりは、励起異性体を含む固体中の分子の熱運動によるドップラー反跳広がりと、ガンマ線放射からの反跳であり、放射スペクトルはシフトし、広がります。固体中の異性体は、ドップラー広がりの背景に重なる鋭い成分を放射することがあります。これはメスバウアー効果と呼ばれます。^[11]この反跳のない放射は、ドップラー広がりの背景の上に、背景の中心からわずかにずれた鋭い線を示します。^{[12] [13] [14] [15] [16]}

不均一な背景が除去され、線が鮮明になると、利得を得るための条件が整ったように思われる。^{[17] [18] [19]}しかし、利得を低下させるその他の問題として、放射を共鳴的に吸収する非励起状態、不透明な不純物、活性核が埋め込まれている結晶を介した伝播の損失などがある。^{[20]後者の多くは、}ボルマン効果によってもたらされる透明性を利用するための巧妙なマトリックス結晶配置^[21]によって克服できる。^{[22] [23] [24]}

もう一つの難しさ、グレイザージレンマは、利得を可能にする特性と十分な核反転密度を可能にする特性が両立しないように見えることである。^{[25] [26]従来の}放射化学では、かなりの数の励起核を活性化、分離、濃縮、結晶化するのに少なくとも数秒かかる。反転が持続することを保証するには、励起状態の寿命をかなり長くする必要がある。さらに、反転をその場で中性子ポンピングすることから生じる加熱は、メスバウアー効果の維持と両立しないように見えるが、まだ探求すべき道はある。^[要出典]

加熱は2段階中性子ガンマポンピングによって軽減される可能性がある。^[27]この方法では、中性子捕獲が親ドープコンバーターで起こり、そこでメスバウアー放射が発生し、それがグレーザー内の基底状態核に吸収される。 ^[28] 複数のレベルの2段階ポンピングには、さまざまな利点がある。^{[29] [30] [説明が必要]}

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遷移を使用することです。^{[31] [32]}このスキームでは、長寿命の貯蔵状態と、上部および下部のレーザー状態という 3 つの異性状態を使用します。貯蔵状態は、短寿命の上部レーザー状態にエネルギー的に近いですが、スピン角運動量の 1 量子単位を含む禁制遷移によって分離されます。グレイザーは、非常に強力な光レーザーによって電子雲を前後に揺さぶり、雲の近傍場における禁制遷移を飽和させます。貯蔵状態の人口は、下部レーザー状態への遷移が自発的かつ共鳴ガンマ線によって刺激される上部レーザー状態とすぐに均等化されます。核種の「完全な」チャートには、非常に多くの異性状態が含まれている可能性があり、そのような 3 つ組の存在はありそうですが、まだ発見されていません。^{[21] [33]}

非線形性は、原子核近傍場における空間的および時間的高調波の両方をもたらす可能性があり、^{[34] [35]}光レーザー量子エネルギーの倍数およびより高い多極性での遷移エネルギーを含む他の種類のトライアドを使用して、貯蔵状態から上位のレーザー状態への迅速な移行の可能性の範囲を開きます。

• 粒子誘起ガンマ線放出

• Balko, B.; Cohen, L.; Sparrow, DA; 編著 (1989). Gamma-Ray Lasers . Pergamon. ISBN 978-0-08-037015-6 http://www.sciencedirect.com/science/book/9780080370156 ガンマ線レーザーの現状に関する決定的な概要を提供します。 
• Killus, J. (2006)。「ガンマレーザー」。意図しない皮肉。素人向けのレビューです。