Wat is een Picoseconde?
Een picoseconde is een triljoenste van een seconde. Het is een maat voor de tijd die een rol speelt bij soorten technologie zoals lasers, microprocessors en andere elektronische componenten die op extreem hoge snelheden werken. Onderzoek naar nucleaire fysica omvat ook metingen die het bereik van de picoseconde benaderen, evenals gerelateerde nucleaire geneeskunde met behulp van positronemissietomografie (PET).
Personal computers naderen geleidelijk de snelheid waarbij een enkele berekening in een picoseconde kan worden uitgevoerd. Een thuiscomputer met een microprocessor die op drie gigahertz draait, werkt met drie miljard cycli per seconde. Dit betekent dat het ongeveer 330 picoseconden nodig heeft om een enkele binaire bewerking uit te voeren.
Supercomputers in de Verenigde Staten en China overtreffen al snel picoseconde per operatiesnelheid. Een van de snelste supercomputers in de VS kan 360 biljoen operaties per seconde uitvoeren, wat iets sneller is dan een operatie per picoseconde. China heeft in 2010 een supercomputer onthuld die in staat was 2,5 petaflops per seconde uit te voeren, of 2,5 quadriljoen operaties per seconde, wat betekent dat elke picoseconde optimaal 2500 berekeningen uitvoert.
Lasers die zijn ontworpen om in het Picoseconde-bereik te werken, zenden op elk moment tot enkele tientallen Picoseconden lichtpulsen uit. Er zijn verschillende soorten laserontwerpen die op deze snelheden kunnen werken, waaronder bulk solid-state lasers, mode-lock fiberlasers en Q-geschakelde lasers. Elk model is gebaseerd op de picoseconde-diode, die modusvergrendeld of versterkingsgeschakeld kan zijn, waarbij de polssnelheden worden gewijzigd van nanoseconde-snelheden in miljardste van een seconde, tot ten minste tien keer sneller in het bereik van 100s van picoseconden.
Hoewel dergelijke ultrasnelle lasers moeilijk voor te stellen zijn, bestaat er een nog sneller niveau van modellen. Een picoseconde pulslaser is 1000 keer langzamer dan een femtoseconde laser. Dit maakt Picoseconde-ontwerpen minder geavanceerd en aanzienlijk zuiniger voor toepassingen zoals het micro-bewerken van componenten. Beide soorten lasers hebben vergelijkbare prestatieniveaus voor de taken waarmee ze worden belast.
Op het gebied van nucleaire geneeskunde bouwt een PET-machine een beeld op via gammastralen die in wisselwerking staan met sprankelende kristallen om Compton-elektronen te produceren met optimale snelheden van ongeveer 170 picoseconden. In werkelijkheid is dit meestal veel langzamer en duurt het ongeveer 1 tot 2 nanoseconden lang per emissiedeeltje. Vliegtijd PET (TOFPET) onderzoek probeert de werkelijke vliegtijd te verminderen tot minder dan 300 picoseconden, door verbeteringen in fotodetectors, de sprankelende kristallen zelf en bijbehorende elektronica. Hoewel deze snelheden al ongelooflijk snel zijn, is het reconstrueren van een beeld van menselijke lichaamsgebieden uit deze emissies een langzaam, tijdrovend proces dat vaak meerdere dagen in beslag neemt.