Uut osakeste kiirendit juhivad kumerad laserkiired – Physics World

Laseri äratusvälja kiirendi (LWFA), mis suunab laserkiired mööda kõveraid kanaleid, kiirendades samal ajal elektrone, on loodud Jie Zhang ja kolleegid Shanghai Jiao Tongi ülikoolist Hiinas. Uus tehnika võib olla oluline samm tavapäraste osakeste kiirendite kompaktsete ja odavate alternatiivide väljatöötamise suunas.

LWFA-s luuakse tihe plasma intensiivse laserimpulsi fokuseerimisel gaasiks. Läbi gaasi liikudes loob impulss vahelduvate elektriväljade piirkonna – "ärkvelolekuvälja", mis meenutab veelainet, mis tekib liikuva paadi järel.

Nendel lainetel sõites saab plasmas olevaid elektrone väga lühikestel vahemaadel kiirendada väga kõrgete energiateni. Selle tulemusena näitab see tehnika palju lubadust tavasüsteemidest palju väiksemate kiirendite väljatöötamiseks. Sellised kompaktsed seadmed oleksid meditsiini- ja teadusrakendustes väga kasulikud.

Taassüstimise hädad

Et elektronid saavutaksid relativistliku kiiruse, peab kiirendus toimuma mitu korda, kusjuures ühe LWFA etapi elektronid süstitakse järgmisesse. See pole meeskonnaliikmena lihtne Min Chen selgitab: "Kuna äratus on kümnete mikromeetrite suurune ja selle kiirus on väga lähedane valguse kiirusele, on elektronide uuesti süstimine äärmiselt keeruline." Kuigi mõned hiljutised uuringud on saavutanud uuesti süstimise, kasutades selliseid tehnikaid nagu plasmaläätsed, on teadlastel õnnestunud teise etappi süstida vaid väike osa elektronidest.

2018. aastal tutvustas Zhangi ja Cheni meeskond uut lähenemist, nagu Chen kirjeldab: „Meie skeemi kohaselt liiguvad elektronid alati sirges plasmakanalis, kus neid saab fokuseerida laseri äratusvälja abil. Teist värsket laserit juhib seejärel kumer plasmakanal ja see liidetakse sirge kanaliga, täpselt nagu maantee kaldtee.

Lubades elektronidel liikuda mööda üht katkematut etappi, selle asemel, et neid iga uue etapi alguses süstida, võimaldaks see lähenemisviis teadlastel kiirenduse ajal palju rohkem osakesi säilitada.

Kõikuv plasma

Alguses võis meeskonna eesmärk tunduda liiga ambitsioonikas. Kui kiir oli sirge kanaliga ühinedes isegi veidi keskmest kõrvale kaldunud, võib see põhjustada plasma ärkamisvälja võnkumist – paiskudes elektronid nende sirgelt teelt välja ja vähendades nende kiirendust.

Zhangi meeskond lahendas selle väljakutse, muutes kanali kumerust, mis tekitas sees oleva plasma tiheduse erinevusi. Õige kumerusega leidsid nad, et nad suudavad peatada laserkiire positsioneerimise võnkumise – nii et kui elektronid süstiti kanali sirgesse ossa, oli tekkiv äratusväli piisavalt stabiilne, et kiirendada osakesi suurema kiiruseni.

Uus elektronkiirendi ühendab laser- ja plasma wakefield tehnikad

Oma viimaste katsetega avastasid teadlased oma lähenemisviisi täiendava eelise. "Leidsime, et mõnel juhul ei saa laserit mitte ainult juhtida, vaid see võib tekitada ka kõvera kanali sees äratusvälja ja kiirendada elektrone," selgitab Chen. "Tavaliselt leiti neid ainult sirges plasmakanalis. See tähendab, et sellises kõveras plasmakanalis saab juhtida nii laserit kui ka suure energiaga elektrone.

Meeskond usub, et selle esimesed tulemused on oluline verstapost. "Meie katse näitab, kuidas relativistlikke elektrone saab stabiilselt juhtida kõvera plasmakanaliga, mis on meie lavastatud wakefieldi kiirendusskeemi kriitiline samm," ütleb Chen. "Tulevikus võiks selliseid kanaleid kasutada wakefieldi kiirendamiseks ja elektronide juhtimiseks."

Kui nad suudavad näidata suuremat arvu kiirendusastmeid, kasutades mitut kõverat kanalit, loodab Zhangi meeskond, et teraelektronvoldi energiad võivad ühel päeval olla LWFA-de jaoks käeulatuses, vaid murdosa tänapäevaste osakeste kiirendite suurusest ja maksumusest. "Praegu võime öelda, et meie uuring lahendab kriitilise sammu lavastatud laseri ärkamisvälja kiirenduseks ja näitab kompaktse sünkrotronkiirguse allika potentsiaali, " ütleb Chen.

Uuringut kirjeldatakse artiklis Physical Review Letters.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/new-particle-accelerator-is-driven-by-curved-laser-beams/