Nanodelci pospešujejo laserski wakefield pospeševalnik na 10 GeV – Physics World

Zelo stabilen laserski pospeševalnik wakefield je ustvaril Bjorn Manuel Hegelich na teksaški univerzi v Austinu in mednarodna ekipa. Njihova naprava uporablja nanodelce za pošiljanje elektronov neposredno v svoj plazemski val in pospešuje elektrone do energij do 10 GeV.

Lasersko pospeševanje wakefielda, ki je bilo prvič predlagano leta 1979, ponuja način za ustvarjanje kompaktnih pospeševalnikov delcev, ki lahko dosežejo energije, ki so običajno rezerva kilometrskih objektov.

Postopek pospeševanja vključuje sprožanje intenzivnega laserskega impulza v majhno celico plina z nizko gostoto. Svetloba ionizira atome in molekule v plinu, da ustvari plazmo. V območjih z največjo intenzivnostjo laserskega impulza električno polje loči lahke elektrone od težjih ionov. Ko impulz mine, se elektroni vrnejo nazaj k ionom in sprožijo plazemski val, ki se širi skozi celico podobno kot sled čolna.

Ogromen gradient

Ta plazemski val ima nihajoče električno polje, ki spominja na elektromagnetne valove, ki poganjajo delce skozi običajne pospeševalnike – vendar je valovna dolžina plazme veliko krajša. Rezultat je gradient pospeška, ki je lahko za tri velikosti večji od tistih, ki jih najdemo v običajnih pospeševalnikih.

V zadnjih nekaj desetletjih so fiziki dosegli več pomembnih mejnikov pri izpopolnjevanju zasnove in delovanja laserskega pospeševalnika wakefield. Vendar ostaja velik izziv izdelava stabilnih elektronskih žarkov. Eden od pomembnih problemov je, kako zagotoviti, da so elektroni, ki jih je treba pospešiti, na pravem mestu ob pravem času, da kar najbolje izkoristimo wakefield.

V svoji študiji se je Hegelichova ekipa lotila tega izziva s spremenjeno nastavitvijo pospeševalnika, ki ima odstranljivo kovinsko ploščo na dnu plinske celice helija. Postopek pospeševanja se začne z izstrelitvijo impulza iz pomožnega laserja na ploščo. Pri tem se sprostijo nanodelci aluminija, ki se enakomerno pomešajo s plinom.

Plin se nato ionizira z močnim impulzom iz Texas Petawatt laser, ki ustvarja plazmo in tudi sprošča elektrone iz nanodelcev.

Pravi kraj, pravi čas

"Nanodelci sproščajo elektrone ravno na pravi točki in ob pravem času, tako da vsi sedijo tam v valu," pojasnjuje Hegelich. "V val dobimo veliko več elektronov, ko in kjer želimo, da so, namesto da bi bili statistično porazdeljeni po celotni interakciji."

Nov pospeševalnik delcev poganjajo ukrivljeni laserski žarki

Posledično bi ekipa lahko proizvedla veliko bolj stabilne in dosledne elektronske žarke kot prejšnje zasnove. Generirali so žarke pri energijah 4–10 GeV iz naprave, dolge le 10 cm. Za primerjavo, linearni pospeševalnik na evropskem XFEL v Hamburgu pospeši elektrone na 17 GeV na razdalji 2.1 km.

Za zdaj raziskovalci nimajo dobrega teoretičnega razumevanja, zakaj njihov sistem deluje tako dobro, zato nameravajo podrobneje raziskati mehanizme nanometrskega merila.

Ekipa upa, da bodo prihodnje generacije laserskih pospeševalnikov wakefield koristile njihove raziskave. Razvoj praktičnih pospeševalnikov v velikosti sobe bi lahko bil uporaben na številnih področjih, vključno z znanostjo o materialih, medicinskim slikanjem in zdravljenjem raka.

Raziskava je opisana v Snov in sevanje v ekstremih.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-give-laser-wakefield-accelerator-a-boost-to-10-gev/