International Colloquium on X-ray Lasers / Colloque International sur les Lasers Rayons X

J. Phys. Colloques 47 (1986) C6-299-C6-308
DOI: 10.1051/jphyscol:1986637

MÖSSBAUER-BORRMANN SUPERRADIANCE

G.C. BALDWIN^{1, 2}, M.S. FELD^{3, 4}, J.P. HANNON⁵, J.T. HUTTON⁵ et G.T. TRAMMELL<sup>5, 6

1</sup>  Physics Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, U.S.A.
²  Supported by the Division of Basic Energy Sciences, U.S. Department of Energy.
³  Harrison Laboratory of Spectroscopy, Massachusetts Institute of Technology , Cambridge, MA 02139, U. S.A.
⁴  Consultant to Los Alamos National Laboratory.
⁵  Physics Department, Rice University, Houston, TX 77251, U.S.A.
⁶  Supported by the National Science Foundation.

Résumé
Considérons le comportement cinétique d'un laser pour produire des rayons gamma, construit de noyaux isomériques aux sites de réseau d'un cristal parfait et simple, dont les dimensions et la structure sont choisies pour favoriser l'émission anormale dans le mode de Borrmann qui contient le nombre maximum de reflexions de Bragg. Ceci réduit fortement l'excitation requise pour le lasing. Notre analyse de plusieurs systèmes hypothétiques démontre que la superradiance, plutôt que l'amplification d'émission spontanée, sera le mode d'opération, pour autant que les noyaux isomériques soient pompés très rapidement à un niveau Mossbauer de durée courte et que l'intégrité du cristal soit préservée. Ce résultat justifie la recherche de solution aux problèmes principaux : noyaux candidats, préparation de l'isomère, et transfert du niveau isomérique au niveau lasant.

Abstract
We consider the kinetic behavior of a gamma-ray laser comprising an array of isomeric nuclei located at regular lattice sites in a perfect single crystal of dimensions and structure so chosen as to favor anomalous emission into that Borrmann mode having the maximum possible number of component Bragg-reflected beams, which greatly reduces the excitation requirements. Our analysis of several hypothetical systems shows that superradiance, rather than amplified spontaneous emission, will then be the preferred mode of deexcitation, provided the nuclei can be pumped rapidly to a short-lived Mossbauer level while preserving crystal integrity. This warrants a search for solutions to the major problems : candidate nuclides. preparation of a storage isomer, and interlevel transfer from storage to lasing state.