Si può produrre un gaser?

Raggio laser attraverso un cristallo

Laser Gamma
Sarebbe teoricamente possibile indurre un processo nucleare di emissione stimolata di raggi gamma, per poter quindi produrre un laser gamma... un GASER?

Danilo Mulazzi
5 settembre 2007

È sempre difficile prevedere dove ci porterà lo sviluppo tecnologico e chi nega la possibilità di certe applicazioni a volte rischia di venire smentito dai fatti; sulla base di questa saggia riflessione, mi accontenterò dunque di elencare alcune delle difficoltà che esistono per la realizzazione di un gaser.

Un primo ostacolo è costituito dall'effetto Mössbauer: quando un nucleo emette un raggio gamma, l'energia liberata si ripartisce tra il nucleo (che rincula) e il fotone; ne consegue che l'energia del raggio gamma è inferiore all'energia necessaria ad indurre emissione stimolata in altri nuclei nello stesso stato eccitato. Questo inconveniente è aggirabile con l'uso di materiali cristallini, nei quali una certa frazione degli eventi di emissione e riemissione avviene praticamente senza perdita di energia (il rinculo viene assorbito dall'intero cristallo); tuttavia, ciò vuol dire che soltanto tali eventi possono partecipare alla valanga di moltiplicazione dei fotoni, la cui l'efficienza viene quindi almeno in parte compromessa (ricordiamo che è necessario che ogni fotone causi l'emissione stimolata di almeno un altro fotone, in media, affinché il laser funzioni).

Inoltre, il funzionamento del laser si basa sull'inversione di popolazione: gli atomi (i nuclei, nel caso del gaser) nello stato eccitato devono essere più numerosi di quelli nello stato fondamentale. Nel caso ottico, questo risultato si ottiene con il cosiddetto pompaggio, cioè con l'introduzione di energia (sotto forma di luce, corrente elettrica...) nel mezzo ottico; nel caso nucleare, la difficoltà consiste nel dare energia ai nuclei senza però scalzarli dal reticolo cristallino di cui fanno parte e che è necessario per sopprimere il rinculo in emissione e in riemissione, come detto sopra.

Vi sono poi delle difficoltà di carattere tecnologico. Ad esempio, il laser si basa sull'utilizzo di specchi, per riflettere la radiazione emessa e stimolare ulteriori emissioni; uno “specchio gamma” di efficienza sufficiente probabilmente non esiste e bisogna dunque farne a meno, accontentandosi allora di realizzare un amplificatore ottico (o gamma), anziché di un gaser vero e proprio.

Infine, vale forse la pena di aggiungere che la possibilità di realizzare amplificatori ottici per raggi X è stata già dimostrata e verrà presto sfruttata in altri campi della fisica.

Davide Mancusi
Keywords: fisica nucleare

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