مسرع الجسيمات الجديد مدفوع بأشعة الليزر المنحنية - عالم الفيزياء

مسرع حقل ويك ليزر (LWFA) الذي يوجه أشعة الليزر على طول القنوات المنحنية بينما تم إنشاء الإلكترونات المتسارعة بواسطة جي تشانغ وزملاؤهم في جامعة شنغهاي جياو تونغ في الصين. يمكن أن تكون التقنية الجديدة خطوة رئيسية نحو تطوير بدائل مدمجة وغير مكلفة لمسرعات الجسيمات التقليدية.

في LWFA، يتم إنشاء بلازما كثيفة عن طريق تركيز نبضة ليزر مكثفة في الغاز. أثناء تحركها عبر الغاز، تخلق النبضة منطقة من المجالات الكهربائية المتناوبة - "حقل مستيقظ" - تشبه موجة الماء التي تتشكل في أعقاب قارب متحرك.

من خلال ركوب هذه الموجات ، يمكن تسريع الإلكترونات داخل البلازما إلى طاقات عالية جدًا على مسافات قصيرة جدًا. نتيجة لذلك ، تُظهر هذه التقنية وعدًا كبيرًا لتطوير مسرعات أصغر بكثير من الأنظمة التقليدية. ستكون هذه الأجهزة المدمجة مفيدة جدًا للتطبيقات الطبية والبحثية.

مشاكل الرفض

لكي تصل الإلكترونات إلى سرعات نسبية ، يجب أن يحدث التسارع عدة مرات ، مع حقن الإلكترونات من مرحلة LWFA في المرحلة التالية. هذا ليس بالأمر السهل ، كعضو في الفريق مين تشين "بما أن حجم الانبعاث يبلغ عشرات الميكرونات وسرعته قريبة جدًا من سرعة الضوء، فإن إعادة حقن الإلكترون أمر صعب للغاية". وفي حين حققت بعض الدراسات الحديثة إعادة الحقن باستخدام تقنيات مثل عدسات البلازما، إلا أن الباحثين تمكنوا فقط من حقن جزء صغير من الإلكترونات في المرحلة الثانية.

في عام 2018، قدم فريق تشانغ وتشين نهجًا جديدًا كما وصف تشين، "في مخططنا، تنتقل الإلكترونات دائمًا داخل قناة بلازما مستقيمة، حيث يمكن تركيزها بواسطة حقل ويك الليزر. ثم يتم توجيه الليزر الجديد الثاني بواسطة قناة بلازما منحنية ويتم دمجها في القناة المستقيمة، تمامًا مثل منحدر الطريق السريع.

من خلال السماح للإلكترونات بالسفر على طول مرحلة واحدة غير منقطعة ، بدلاً من حقنها في بداية كل مرحلة جديدة ، سيمكن هذا النهج الباحثين من الاحتفاظ بقدر أكبر بكثير من الجسيمات أثناء التسارع.

البلازما المتذبذبة

في البداية ، ربما بدا هدف الفريق مفرطًا في الطموح. إذا كانت الحزمة بعيدة عن المركز قليلاً عند اندماجها مع القناة المستقيمة ، فقد يتسبب ذلك في تذبذب مجال تقوية البلازما - مما يؤدي إلى إبعاد الإلكترونات عن مساراتها المستقيمة ، وتقليل تسارعها.

واجه فريق تشانغ هذا التحدي من خلال تغيير انحناء القناة، مما أدى إلى اختلافات في كثافة البلازما في الداخل. باستخدام الانحناء الصحيح فقط، وجد الباحثون أنهم قادرون على إيقاف تموضع شعاع الليزر من التذبذب، بحيث أنه عندما يتم حقن الإلكترونات في الجزء المستقيم من القناة، يكون حقل المخر الناتج مستقرًا بدرجة كافية لتسريع الجسيمات إلى سرعات أعلى.

يجمع مسرع الإلكترون الجديد بين تقنيات الليزر والبلازما ويكفيلد

من خلال تجاربهم الأخيرة ، اكتشف الباحثون ميزة أخرى لنهجهم. يوضح تشين: "لقد وجدنا أنه في بعض الحالات ، لا يمكن توجيه الليزر فحسب ، بل يمكنه أيضًا توليد حقل ويك داخل القناة المنحنية وتسريع الإلكترونات". عادة ما توجد هذه فقط في قناة بلازما مستقيمة. وهذا يعني أنه يمكن توجيه كل من إلكترونات الليزر والإلكترونات عالية الطاقة في قناة البلازما المنحنية هذه ".

يعتقد الفريق أن نتائجه المبكرة هي علامة فارقة مهمة. يقول تشين: "تُظهر تجربتنا كيف يمكن توجيه الإلكترونات النسبية بثبات بواسطة قناة بلازما منحنية ، وهي الخطوة الحاسمة في مخطط تسريع حقل ويكفيلد". "في المستقبل ، يمكن استخدام هذه القنوات لتسريع ويكفيلد وتوجيه الإلكترون."

إذا تمكنوا من إثبات أعداد أكبر من مراحل التسارع باستخدام قنوات منحنية متعددة، يأمل فريق تشانغ أن تكون طاقات تيرا إلكترون فولت في يوم من الأيام في متناول مفاعلات LWFA بجزء صغير فقط من حجم وتكلفة مسرعات الجسيمات الحديثة. يقول تشين: "في الوقت الحالي، يمكننا أن نقول إن دراستنا تحل خطوة حاسمة لتسريع حقل ويك الليزر المرحلي وتُظهر إمكانية وجود مصدر إشعاع سنكروتروني مدمج".

تم وصف البحث في استعراض للحروف البدنية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/new-particle-accelerator-is-driven-by-curved-laser-beams/