Наночастинки дають лазерному прискорювачу кільватерного поля імпульс до 10 ГеВ – Physics World

Високостабільний лазерний прискорювач кільватерного поля був створений Бьорн Мануель Гегеліх в Техаському університеті в Остіні та міжнародна команда. Їхній пристрій використовує наночастинки, щоб направляти електрони безпосередньо в плазмову хвилю, прискорюючи електрони до енергії 10 ГеВ.

Вперше запропоноване в 1979 році лазерне прискорення кільватерного поля пропонує спосіб створення компактних прискорювачів частинок, які можуть досягати енергії, яка зазвичай доступна для кілометрових установок.

Процес прискорення включає випромінювання інтенсивного лазерного імпульсу в невелику комірку газу низької щільності. Світло іонізує атоми та молекули газу, утворюючи плазму. У областях найвищої інтенсивності лазерного імпульсу електричне поле відділяє легкі електрони від більш важких іонів. Після закінчення імпульсу електрони повертаються до іонів, викликаючи плазмову хвилю, яка поширюється крізь клітину, подібно до кільватера човна.

Величезний градієнт

Ця плазмова хвиля має осцилююче електричне поле, яке нагадує електромагнітні хвилі, які рухають частинки через звичайні прискорювачі, але довжина хвилі плазми набагато коротша. Результатом є градієнт прискорення, який може бути на три порядки більшим, ніж у звичайних прискорювачах.

За останні кілька десятиліть фізики досягли кількох важливих віх у вдосконаленні конструкції та роботи лазерного прискорювача кільватерного поля. Однак створення стабільних електронних пучків залишається серйозною проблемою. Однією з важливих проблем є те, як забезпечити, щоб електрони, які потрібно прискорити, були в потрібному місці в потрібний час, щоб отримати максимальну віддачу від кільватерного поля.

У своєму дослідженні команда Хегеліха вирішила цю проблему за допомогою модифікованої установки прискорювача, яка містить знімну металеву пластину в нижній частині гелієвої комірки. Процес прискорення починається з випромінювання імпульсу допоміжного лазера на пластину. При цьому виділяються наночастинки алюмінію, які рівномірно змішуються з газом.

Потім газ іонізується потужним імпульсом від Техаський петаваттний лазер, який створює плазму, а також вивільняє електрони з наночастинок.

Правильне місце, правильний час

«Наночастинки вивільняють електрони в потрібний момент і в потрібний час, тому всі вони сидять у хвилі», — пояснює Гегеліх. «Ми отримуємо набагато більше електронів у хвилю, коли і де ми хочемо, щоб вони були, а не статистично розподілені по всій взаємодії».

Новий прискорювач частинок приводиться в рух вигнутими лазерними променями

У результаті команда могла виробляти набагато більш стабільні та послідовні електронні пучки, ніж попередні проекти. Вони генерували промені з енергією 4–10 ГеВ із пристрою довжиною лише 10 см. Для порівняння, лінійний прискорювач на європейському XFEL у Гамбурзі прискорює електрони до 17 ГеВ на відстані 2.1 км.

На даний момент дослідники не мають хорошого теоретичного розуміння того, чому їхня система працює так добре, тому вони планують вивчити нанорозмірні механізми більш детально.

Команда сподівається, що майбутні покоління лазерних прискорювачів кільватерного поля отримають користь від їхніх досліджень. Розробка практичних прискорювачів розміром з кімнату може бути корисною в широкому діапазоні галузей, включаючи матеріалознавство, медичну візуалізацію та терапію раку.

Дослідження описано в Речовина та випромінювання в екстремальних межах.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-give-laser-wakefield-accelerator-a-boost-to-10-gev/