Az új részecskegyorsítót íves lézersugarak hajtják – Physics World

Lézeres wakefield-gyorsítót (LWFA), amely a lézersugarakat ívelt csatornákon vezeti, miközben gyorsítja az elektronokat Jie Zhang és munkatársai a kínai Shanghai Jiao Tong Egyetemen. Az új technika kulcsfontosságú lépés lehet a hagyományos részecskegyorsítók kompakt, olcsó alternatíváinak kifejlesztése felé.

In an LWFA, a dense plasma is created by focusing an intense laser pulse into a gas. As it moves through the gas, the pulse creates a region of alternating electric fields – a “wakefield” – that resembles a water wave that forms in the wake of a moving boat.

E hullámok meglovagolásával a plazmában lévő elektronok nagyon nagy energiákra gyorsulhatnak fel nagyon rövid távolságokon. Ennek eredményeként ez a technika nagy ígéretet mutat a hagyományos rendszereknél jóval kisebb gyorsítók fejlesztésében. Az ilyen kompakt eszközök nagyon hasznosak lennének orvosi és kutatási alkalmazásokban.

Újrainjekciós bajok

Ahhoz, hogy az elektronok relativisztikus sebességet érjenek el, a gyorsulásnak többször kell megtörténnie, és az egyik LWFA-fokozat elektronjait be kell injektálni a következőbe. Ez csapattagként nem könnyű Min Chen explains, “since the wake is tens of microns size and its velocity is very close to the speed of light, the electron reinjection is extremely difficult”. While some recent studies have achieved reinjection using techniques such as plasma lenses, researchers have only managed to inject a small fraction of electrons into a second stage.

In 2018 Zhang and Chen’s team introduced a new approach as Chen describes, “In our scheme, the electrons always travel inside a straight plasma channel, where they can be focused by the laser wakefield. The second fresh laser is then guided by a curved plasma channel and merged into the straight channel, just like a highway ramp.”

Ez a megközelítés lehetővé tenné a kutatók számára, hogy a gyorsítás során sokkal több részecskét visszatartsanak, ahelyett, hogy minden új szakasz elején injektálnák az elektronokat egy megszakítás nélküli szakaszon.

Remegő plazma

Eleinte túlambiciózusnak tűnhetett a csapat gólja. Ha egy nyaláb csak kicsit is eltér a középponttól, amikor összeolvadt az egyenes csatornával, az a plazma ébrenléti mezőjének ingadozását okozhatja, ami az elektronokat kidobja egyenes útjukról, és csökkenti a gyorsulásukat.

Zhang’s team addressed this challenge by varying the curvature of the channel, which created variations in the density of the plasma inside. With just the right curvature, the researchers found that they could stop the laser beam’s positioning from oscillating – so that when electrons were injected into the straight part of the channel, the resulting wakefield was stable enough to accelerate the particles to higher speeds.

Az új elektrongyorsító egyesíti a lézeres és a plazma wakefield technikákat

Legújabb kísérleteikkel a kutatók megközelítésük további előnyét fedezték fel. „Azt találtuk, hogy bizonyos esetekben nem csak a lézer vezethető, hanem ébrenléti teret is generálhat az ívelt csatornán belül, és felgyorsíthatja az elektronokat” – magyarázza Chen. „Általában ezeket csak egy egyenes plazmacsatornában találták meg. Ez azt jelenti, hogy a lézer és a nagy energiájú elektronok is vezethetők egy ilyen ívelt plazmacsatornában.

A csapat úgy véli, hogy a korai eredmények fontos mérföldkövet jelentenek. "Kísérletünk megmutatja, hogy a relativisztikus elektronokat hogyan lehet stabilan irányítani egy ívelt plazmacsatornával, ami a fokozatos wakefield-gyorsítási rendszerünk kritikus lépése" - mondja Chen. "A jövőben az ilyen csatornákat wakefield-gyorsításra és elektronvezetésre is felhasználhatják."

If they can demonstrate higher numbers of acceleration stages using multiple curved channels, Zhang’s team hopes that teraelectronvolt energies may one day be within reach for LWFAs at just a fraction of the size and cost of modern particle accelerators. “For the moment, we can say our study solves a critical step for staged laser wakefield acceleration and shows the potential for a compact synchrotron radiation source,” Chen says.

A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Autóipar / elektromos járművek, Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• BlockOffsets. A környezetvédelmi ellentételezési tulajdon korszerűsítése. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/new-particle-accelerator-is-driven-by-curved-laser-beams/