Успешное повышение энергии электронов в плазме открывает путь к созданию компактных и доступных ускорителей

Сотрудники SLAC National Accelerator Laboratory (Министерство энергетики США) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) создали плазменный ускоритель, который позволяет одновременно создавать электронные пучки с высокой энергией и интенсивностью. Эта разработка может существенно сократить габариты перспективных коллайдеров и рентгеновских лазеров на свободных электронах.

Для работы нового устройства применяется плазменный кильватерный ускоритель (PWFA) – технология, основанная на использовании плазмы для формирования электрических полей, обеспечивающих разгон частиц на значительно меньших расстояниях, чем это возможно в традиционных ускорителях. В данном типе ускорителей электроны получают энергию, перемещаясь вдоль плазменной волны, а не взаимодействуя с электромагнитным полем внутри металлических конструкций, характерных для обычных ускорителей.

Установка FACET-II в SLAC использует уникальные электронные пучки, которые позволяют ускорить электроны до энергии, более чем в два раза превышающей исходную, в плазменной камере длиной 4 метра. Для получения сопоставимого эффекта с применением обычного линейного ускорителя потребовалось бы оборудование протяженностью свыше километра. Также, интенсивность пучка увеличилась в десять и более раз.

Источник изображения: img.freepik.com

В PWFA первый электронный сгусток, проходя через плазму, вызывает плазменную волну. После этого второй электронный сгусток движется по этой волне, постепенно увеличивая свою энергию. Специалисты из UCLA создали инновационный источник плазмы, объединяющий различные процессы в три стадии. На первом этапе плазма фокусирует первичный сгусток до размера, сопоставимого с диаметром человеческого волоса, формируя за ним «пузырь», подобный кильватерному следу, образующемуся за лодкой. На втором этапе плотность плазмы существенно снижается, что вызывает стремительное расширение «пузыря». В результате электроны плазмы захватываются, и в задней части формируется новый электронный сгусток. На заключительном этапе этот новый сгусток движется по плазменной волне, получая заметное увеличение энергии.

Не пропустите: Иначе бы машины быстро раскупили: россиянам не продают в Белоруссии автомобили Lada

В ходе исследований было установлено, что разработанная установка генерирует новые сгустки, энергия которых более чем в два раза превышает энергию первичного сгустка. Также была отмечена десятикратная интенсификация свечения сгустка. Повышение яркости вновь сформированного сгустка оказалось более доступным по сравнению с повышением яркости первичного.

В дальнейшем команда намерена добиться создания ещё более интенсивных сгустков, обладающих заданными свойствами. Как отметил Агостино Маринелли, профессор, занимающийся фотонными науками, физикой частиц и астрофизикой в SLAC, плазменный кильватерный ускоритель способен служить генератором пучков для аттосекундной рентгеновской техники, что даст возможность расширить научные исследования, проводимые на LCLS (Linac Coherent Light Source) — рентгеновском лазере на свободных электронах.

DigitalArtSpace

Успешное повышение энергии электронов в плазме открывает путь к созданию компактных и доступных ускорителей

Свежие записи

Пишем о железе, софте и всём, что между ними.