В США есть только два ускорителя, которые могут производить 10 миллиардов пучков частиц электрон-вольт, и каждый из них имеет длину около 1,9 мили (3 км). «Теперь мы можем достичь этой энергии на расстоянии 10 см (4 дюйма)», — сказал генеральный директор компании TAU Systems, которая построила ультракомпактный ускоритель.
Ну, это длина заполненной гелием газовой камеры, в которой происходит фактическое ускорение в устройстве, которое недавно протестировало TAU. Для работы этого компактного усовершенствованного ускорителя кильватерного поля также требуется гигантский лазер – в данном случае техасский петаваттный лазер, который установлен на столе длиной 34 фута (10 м) в Центре науки о плотности высокой энергии при университете. Техаса в Остине.
Этот зверь, один из самых мощных лазеров в мире, испускает сверхинтенсивные вспышки лазерного света с уровнями энергии, примерно в 1000 раз превышающими всю установленную мощность всех США – но только один раз в час и только на протяжении 150 фемтосекунд, или чуть меньше одной миллиардной доли времени, необходимого для разряда молнии.
В целом устройство TAU имеет длину менее 66 футов (20 м) и излучает лучи с поразительной энергией 10 ГэВ. Для этого используется модифицированная версия метода ускорения кильватерного поля, впервые описанная в 1979 году и в настоящее время применяемая во многих проектах ускорителей.
Обычный ускоритель частиц фактически представляет собой серию колец, которые при приложении к ним положительного напряжения могут притягивать электроны. Кольца включаются последовательно, протягивая электроны через туннель все быстрее и быстрее, и каждое из них выключается, прежде чем электрон достигнет его.
Установка электронной диагностики, содержащая газовую ячейку, дипольный магнит и два сцинтилляционных экрана ДРЗ1 и ДРЗ2. Вся установка размещена внутри вакуумных камер. Лазерные и электронные сгустки распространяются справа налево. Техасский университет в Остине
Однако ускоритель кильватерного поля с лазерным приводом более или менее превращает сам световой импульс в электромагнит со скоростью света, заставляя частицы преследовать его и набирать необычайную скорость и энергию на очень коротком расстоянии.
В устройстве TAU используется небольшая камера, наполненная газообразным гелием. Когда петаваттный лазер пропускает световой импульс через этот газ, огромная энергия импульса ионизирует газ в плазму. И, проходя через эту плазму, импульс оставляет за собой след, что-то вроде отхода лодки, путешествующей по воде – за исключением того, что в этом случае он создает след чрезвычайно мощных колебаний электрического заряда.
Если вы впрыскиваете электрон в нужный момент, эти массивные движущиеся заряды тянут и толкают его за световым импульсом, поглощая энергию (но не скорость) исходного лазерного импульса и передавая ее ускоренному электрону, толкая его к По данным The Thought Emporium, это «хорошая доля скорости света» на небольшом расстоянии.
Ключевым достижением TAU в этом устройстве является вспомогательный абляционный лазер, который стреляет точно рассчитанными импульсами по металлической пластине внутри газовой ячейки, впрыскивая в камеру поток металлических наночастиц, которые могут увеличить энергию, доставляемую электронам, когда они следуют за лазерными вспышками. .
Чертеж газовой камеры. Лазер с длиной волны 532 нм фокусируется через верхнее окно на поверхность металлической пластины и генерирует наночастицы посредством лазерной абляции. Техасский университет в Остине
«Трудно попасть в большую волну, не одолев себя, поэтому вейксерферов затягивают водные мотоциклы», — сказал Бьорн «Мануэль» Хегелич, доцент кафедры физики UT и генеральный директор TAU Systems. «В нашем ускорителе эквивалентом гидроцикла являются наночастицы, которые высвобождают электроны в нужный момент и в нужное время, поэтому все они находятся в волне. Мы получаем гораздо больше электронов в волне тогда и там, где мы хотим, чтобы они были, а не статистически распределены по всему взаимодействию, и это наш секретный соус».
Хегелич и его команда разрабатывают собственную настольную столешницу. Лазерная система небольшого размера, которая, по их словам, сделает всю систему еще более компактной и будет стрелять тысячи раз в секунду, а не один раз в час.
Так что же будет делать сверхкомпактная частица высокой энергии? акселератор подойдет? Возможно, для управления рентгеновским лазером на свободных электронах, который потенциально мог бы снимать замедленное видео на атомном или молекулярном уровне. Это также может быть полезно для проверки того, насколько хорошо электронные компоненты, предназначенные для космических полетов, могут противостоять радиации, для получения трехмерных изображений внутренних структур полупроводниковых чипов и, возможно, для разработки новых методов лечения рака и передовых технологий медицинской визуализации.
Исследовательская работа группы доступна в журнале Matter and Radiation at Extremes.
