Nanopartiküller, lazer uyandırma alanı hızlandırıcısına 10 GeV'ye kadar destek sağlıyor - Fizik Dünyası

Son derece kararlı bir lazer uyandırma alanı hızlandırıcısı, Björn Manuel Hegelich Austin'deki Texas Üniversitesi'nde ve uluslararası bir ekipte. Cihazları, elektronları doğrudan plazma dalgasına yerleştirmek için nanopartiküller kullanıyor ve elektronları 10 GeV'ye kadar yüksek enerjilere hızlandırıyor.

İlk olarak 1979'da önerilen lazer uyanma alanı hızlandırması, normalde kilometrelerce büyüklükteki tesislerin koruyabileceği enerjilere ulaşabilen kompakt parçacık hızlandırıcıları yaratmanın bir yolunu sunuyor.

Hızlanma süreci, düşük yoğunluklu gazdan oluşan küçük bir hücreye yoğun bir lazer darbesinin ateşlenmesini içerir. Işık, bir plazma oluşturmak için gazdaki atomları ve molekülleri iyonize eder. Lazer darbesinin en yüksek yoğunluk bölgelerinde, elektrik alanı hafif elektronları daha ağır iyonlardan ayırır. Darbe geçtikten sonra elektronlar iyonlara geri döner ve hücre boyunca bir teknenin dümen suyuna benzer şekilde yayılan bir plazma dalgasını tetikler.

Büyük gradyan

Bu plazma dalgası, parçacıkları geleneksel hızlandırıcılardan geçiren elektromanyetik dalgalara benzeyen salınımlı bir elektrik alanına sahiptir; ancak plazma dalga boyu çok daha kısadır. Sonuç, geleneksel hızlandırıcılarda bulunanlardan üç kat daha büyük olabilen bir hızlanma eğimidir.

Geçtiğimiz birkaç on yılda fizikçiler, lazerli uyanma alanı hızlandırıcısının tasarımını ve çalışmasını mükemmelleştirme konusunda birçok önemli kilometre taşına ulaştılar. Ancak kararlı elektron ışınları üretmek önemli bir zorluk olmaya devam ediyor. Önemli sorunlardan biri, uyanma alanından en iyi şekilde yararlanmak için hızlandırılacak elektronların doğru zamanda doğru yerde olmasının nasıl sağlanacağıdır.

Hegelich'in ekibi, çalışmalarında bu zorluğun üstesinden, helyum gazı hücresinin altında çıkarılabilir bir metal plaka içeren değiştirilmiş bir hızlandırıcı düzeneğiyle geldi. Hızlanma süreci, plakaya yardımcı bir lazerden gelen bir darbenin ateşlenmesiyle başlar. Bu, gazla eşit şekilde karışan alüminyum nanopartiküllerini serbest bırakır.

Gaz daha sonra güçlü bir darbe ile iyonize edilir. Teksas Petawatt LazerPlazmayı oluşturan ve aynı zamanda nanopartiküllerden elektronları serbest bırakan.

Doğru yer doğru zaman

Hegelich şöyle açıklıyor: "Nanopartiküller elektronları tam doğru noktada ve doğru zamanda serbest bırakıyor, dolayısıyla hepsi orada dalganın içinde duruyor." "Tüm etkileşim boyunca istatistiksel olarak dağıtılmak yerine, dalganın içine, olmasını istediğimiz yerde ve zamanda çok daha fazla elektron alıyoruz."

Yeni parçacık hızlandırıcı kavisli lazer ışınlarıyla çalıştırılıyor

Sonuç olarak ekip, önceki tasarımlara göre çok daha kararlı ve tutarlı elektron ışınları üretebildi. Sadece 4 cm uzunluğundaki bir cihazdan 10-10 GeV enerjilerde ışınlar ürettiler. Buna karşılık, Hamburg'daki Avrupa XFEL'deki doğrusal hızlandırıcı, elektronları 17 km'lik bir mesafe boyunca 2.1 GeV'ye hızlandırıyor.

Şimdilik araştırmacılar, sistemlerinin neden bu kadar iyi çalıştığına dair iyi bir teorik anlayışa sahip değil, bu nedenle nano ölçekli mekanizmaları daha ayrıntılı olarak keşfetmeyi planlıyorlar.

Ekip, gelecek nesil lazer uyanma alanı hızlandırıcılarının araştırmalarından faydalanacağını umuyor. Pratik, oda boyutunda hızlandırıcıların geliştirilmesi, malzeme bilimi, tıbbi görüntüleme ve kanser tedavisi dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda faydalı olabilir.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Aşırı Uçlarda Madde ve Radyasyon.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-give-laser-wakefield-accelerator-a-boost-to-10-gev/