מאיץ חלקיקים חדש מונע על ידי קרני לייזר מעוקלות - Physics World

מאיץ לייזר ויקפילד (LWFA) המנחה את קרני הלייזר שלו לאורך ערוצים מעוקלים תוך כדי האצת אלקטרונים נוצר על ידי ג'י ג'אנג ועמיתים באוניברסיטת שנחאי ג'יאו טונג בסין. הטכניקה החדשה עשויה להיות צעד מפתח לקראת פיתוח חלופות קומפקטיות וזולות למאיצי חלקיקים רגילים.

ב-LWFA, פלזמה צפופה נוצרת על ידי מיקוד דופק לייזר אינטנסיבי לתוך גז. בזמן שהוא נע דרך הגז, הדופק יוצר אזור של שדות חשמליים מתחלפים - "שדה ערה" - הדומה לגל מים שנוצר בעקבות סירה נעה.

על ידי רכיבה על גלים אלה, ניתן להאיץ אלקטרונים בתוך הפלזמה לאנרגיות גבוהות מאוד למרחקים קצרים מאוד. כתוצאה מכך, טכניקה זו מראה הבטחה גדולה לפיתוח מאיצים שהם הרבה יותר קטנים ממערכות קונבנציונליות. מכשירים קומפקטיים כאלה יהיו שימושיים מאוד עבור יישומים רפואיים ומחקריים.

צרות הזרקה מחדש

כדי שהאלקטרונים יגיעו למהירויות רלטיביסטיות, התאוצה חייבת להתרחש מספר פעמים, כאשר אלקטרונים משלב LWFA אחד יוזרקו לשלב הבא. זה לא קל, כחבר צוות מין צ'ן מסביר, "מכיוון שהעיר היא בגודל של עשרות מיקרונים ומהירותה קרובה מאוד למהירות האור, הזרקת האלקטרון מחדש קשה ביותר". בעוד שכמה מחקרים עדכניים השיגו הזרקה חוזרת באמצעות טכניקות כמו עדשות פלזמה, חוקרים הצליחו להזריק רק חלק קטן של אלקטרונים לשלב שני.

בשנת 2018, הצוות של ג'אנג וצ'ן הציג גישה חדשה כפי שצ'ן מתאר, "בתכנית שלנו, האלקטרונים תמיד נעים בתוך ערוץ פלזמה ישר, שם הם יכולים להיות ממוקדים על ידי שדה היקיצה של הלייזר. הלייזר הטרי השני מונחה על ידי ערוץ פלזמה מעוקל ומתמזג לתוך הערוץ הישר, ממש כמו רמפה בכביש מהיר".

על ידי מתן אפשרות לאלקטרונים לנוע לאורך שלב אחד לא שבור, במקום להחדיר אותם בתחילת כל שלב חדש, גישה זו תאפשר לחוקרים לשמור הרבה יותר מהחלקיקים במהלך האצה.

פלזמה מתנדנדת

בהתחלה, השער של הקבוצה עשוי היה להיראות שאפתני מדי. אם אלומה הייתה אפילו מעט לא ממרכזה כשהיא התמזגה עם התעלה הישר, היא עלולה לגרום לשדה היקי של הפלזמה להתנדנד - לזרוק את האלקטרונים מנתיביהם הישרים ולהפחית את התאוצה שלהם.

הצוות של ג'אנג התמודד עם האתגר הזה על ידי שינוי העקמומיות של התעלה, מה שיצר שינויים בצפיפות הפלזמה בפנים. עם העקמומיות הנכונה בדיוק, החוקרים מצאו שהם יכולים לעצור את מיקום קרן הלייזר מלהתנדנד - כך שכאשר האלקטרונים הוזרקו לחלק הישר של התעלה, שדה ה-wake שהתקבל היה יציב מספיק כדי להאיץ את החלקיקים למהירויות גבוהות יותר.

מאיץ אלקטרונים חדש משלב טכניקות לייזר ופלזמה wakefield

באמצעות הניסויים האחרונים שלהם, גילו החוקרים יתרון נוסף של הגישה שלהם. "מצאנו שבמקרים מסוימים, לא רק שניתן להנחות את הלייזר, הוא גם יכול ליצור שדה ערה בתוך הערוץ המעוקל ולהאיץ אלקטרונים", מסביר חן. "בדרך כלל אלה נמצאו רק בערוץ פלזמה ישר. זה אומר שניתן להנחות גם אלקטרונים לייזר וגם אלקטרונים באנרגיה גבוהה בערוץ פלזמה מעוקל שכזה".

הצוות מאמין שהתוצאות המוקדמות שלו הן אבן דרך חשובה. "הניסוי שלנו מראה כיצד אלקטרונים רלטיביסטיים יכולים להיות מודרכים ביציבות על ידי ערוץ פלזמה מעוקל, שהוא השלב הקריטי של תכנית האצת שדה הוויקי שלנו", אומר צ'ן. "בעתיד, ניתן להשתמש בערוצים כאלה להאצת שדה ויק והנחיית אלקטרונים."

אם הם יכולים להדגים מספרים גבוהים יותר של שלבי האצה תוך שימוש במספר ערוצים מעוקלים, הצוות של ג'אנג מקווה שאנרגיות טרה-אלקטרון-וולט עשויות יום אחד להיות בהישג יד עבור LWFAs רק בחלק מהגודל והעלות של מאיצי חלקיקים מודרניים. "לרגע זה, אנחנו יכולים לומר שהמחקר שלנו פותר שלב קריטי להאצת שדה ויק בלייזר מבוים ומראה את הפוטנציאל למקור קרינה סינכרוטרון קומפקטי", אומר צ'ן.

המחקר מתואר ב מכתבי סקירה פיזית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/new-particle-accelerator-is-driven-by-curved-laser-beams/