Крошечный двойной ускоритель перерабатывает энергию

Команда «ДЭСИ» ученые построили миниатюрные двойной ускоритель частиц, который может переработать некоторые из лазерная энергия подается в систему, чтобы повысить энергию ускоренных электронов во второй раз. Устройство использует узкополосного терагерцового излучения, которая находится между инфракрасными и радиочастотами в электромагнитном спектре, и один ускорительной трубки составляет всего 1,5 сантиметра и 0,79 мм в диаметре. Дунфан Чжан и его коллеги из Центра лазер на свободных электронах науки (CFEL) в DESY представят свои экспериментальные ускорителя в журнале «физическое обозрение» Х.

Миниатюрный размер прибора возможна благодаря короткой длиной волны терагерцового излучения. «Терагерцового излучения на основе ускорителей возникли в качестве перспективных кандидатов для следующего поколения компактных источников электронов», — объясняет Картнер Франц, ведущий научный сотрудник DESY и руководитель группы CFEL, которые построили устройство. Ученые успешно экспериментировал с терагерцовыми ускорителей прежде, что может позволить приложениях, где большие ускорители частиц уже не является возможным или необходимым. «Тем не менее, техника все еще находится в ранней стадии, и результативность экспериментальных ускорителей терагерцового была ограничена сравнительно коротком участке взаимодействия терагерцового импульса и электронов», — говорит Картнер.

Для нового устройства, ученые использовали длинный импульс, включающий множество циклов терагерцевых волн. Этот многорежимный импульсный значительно расширяет раздел взаимодействия с частицами. «Мы кормим многорежимный терагерцового импульса в волноводе, вдоль диэлектрического материала», — говорит Чжан. В волноводе, скорость пульса снижается. Пучок электронов пробил в центральной части волновода как раз вовремя, чтобы путешествовать вместе с пульсом. «Эта схема увеличивает область взаимодействия терагерцового импульса и электронного сгустка в пределах сантиметра-по сравнению с несколько миллиметров в предыдущих экспериментах», — пишет Чжан.

Устройства не производят большое ускорение в лаборатории. Тем не менее, команда смогла доказать концепцию, показав, что электроны набирают энергию в волновод. «Это доказательство концепции. Энергия электронов увеличилась с 55 до около 56.5 кило электрон-вольт», — говорит Чжан. «Более сильное ускорение может быть достигнуто с помощью сильного лазера для генерации импульсов терагерцового».

Установка в основном предназначена для нерелятивистского режима, т. е. электроны имеют скорости, которые не так близки к скорости света. Интересно, что этот режим позволяет рециркулировать терагерцового импульса на втором этапе ускорения. «После того, как терагерцового импульса листья волновода и поступает в вакууме, его скорость сбрасывается до скорости света», — объясняет Чжан. «Это значит, пульс обгоняет более медленного сгустка электронов в пару сантиметров. Мы разместили второго волновода в нужное расстояние, которое электроны попадают вместе с терагерцовым импульсом, который вновь замедляется на волновод. Таким образом, мы создаем второй раздел взаимодействия, еще больше увеличивая энергию электронов.»

В лабораторной работе, лишь малая часть терагерцового импульса может быть повторно использован таким образом. Но эксперимент показывает, что обработка в принципе возможно, и Чжан уверен, что рециркулированная фракция может быть существенно увеличена. Николай Mattlis, старший научный сотрудник и руководитель проекта в CFEL группы, подчеркивает: «наши каскадная схема позволит значительно снизить спрос на необходимые лазерная установка для ускорения электронов в нерелятивистском режиме, открывая новые возможности для дизайна терагерцового излучения на основе ускорителей.»

Эта работа финансируется ЕС Синергия Грант AXSIS (границ в аттосекундных рентгеновских науки: томография и спектроскопия) в CFEL. CFEL-совместное предприятие «ДЭСИ», Гамбургского университета и Общества Макса Планка.

«ДЭСИ» является одним из ведущих мировых ускорительных центров частиц и исследует структуры и функции материи-от взаимодействия мельчайших элементарных частиц и поведение новых наноматериалов и жизненно важных биомолекул к великим тайнам Вселенной. Ускорители частиц и детекторов, что Дэзи разрабатывает и выпускает на своих местах в Гамбурге и Цойтене уникальные исследовательские инструменты. Они производят наиболее интенсивное рентгеновское излучение в мире, ускорения частицы до рекордных энергий и открывает новые окна на Вселенная. «ДЭСИ» является членом Ассоциации Гельмгольца, Германия крупнейшее научное объединение, и получает финансирование от федерального Министерства образования и исследований Германии (bmbf) (90%) и немецким федеральным землям Гамбурга и Бранденбурга (10 процентов).

сделать разницу: спонсорские возможности