;
Наука 24 сентября 2020

Изобретение SLAC сделает ускорители частиц в 10 раз меньше

Далее

Ускорители элементарных частиц генерируют пучки электронов, протонов и ионов высокой энергии для широкого спектра применений. Он включает в себя коллайдеры частиц, которые проливают свет на субатомные компоненты природы, рентгеновские лазеры, которые захватывают атомы и молекулы во время химических реакций, а также медицинские устройства для лечения рака. Как показывает практика, чем длиннее акселератор, тем он мощнее. Однако группа ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США изобрела новый тип конструкции ускорителя, который обеспечивает в 10 раз больший прирост энергии на заданном расстоянии по сравнению с обычными ускорителями. Это может сделать сами ускорители в 10 раз короче. Ключевая идея технологии, описанная в недавней статье в Applied Physics Letters, заключается в использовании терагерцового излучения для увеличения энергии частиц.

В современных ускорителях частицы получают энергию из радиочастотного поля, подаваемого в структуры ускорителя определенной формы или полости. Каждая полость может обеспечить только ограниченный прирост энергии на заданном расстоянии, поэтому для получения высокоэнергетических лучей необходимы очень длинные цепочки полостей.

И терагерцовые, и радиоволны различаются соответствующими длинами волн. Поскольку терагерцовые волны в 10 раз короче радиоволн, резонаторы в терагерцовом ускорителе также могут быть намного меньше. 

Одной из основных проблем при создании столь малых полых структур является необходимость в их точной обработке. За последние несколько лет команды SLAC продвинулись в этом вопросе. Вместо того чтобы использовать традиционный процесс наложения множества слоев меди друг на друга, они построили свою мельчайшую структуру.

Новая структура производит импульсы частиц в тысячу раз короче, чем импульсы, исходящие от обычных медных структур.

Исследователи планируют превратить свое изобретение в электронную пушку — устройство, которое могло бы генерировать невероятно яркие пучки электронов для научных открытий, включая рентгеновские лазеры следующего поколения и электронные микроскопы, которые позволят в реальном времени увидеть, как природа работает на атомном уровне. Эти лучи также можно использовать для лечения рака.

Ученые SLAC изобрели конструкцию медного ускорителя, которая может сделать будущие рентгеновские лазеры и ускорители для лучевой терапии более компактными. Он подает терагерцовое излучение в крошечную полость, чтобы разогнать частицы до огромных энергий. На этом изображении показана половина конструкции с полостью в обведенной кружком области. Вставка: изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, части полости длиной 3,5 миллиметра и шириной 280 микрон в самом узком месте. Предоставлено: Крис Пирсон / Эмилио Нанни / Национальная ускорительная лаборатория SLAC

Реализация этого потенциала также требует дальнейшего развития источников терагерцового излучения и их интеграции с современными ускорителями. Поскольку терагерцовое излучение имеет короткую длину волны, его источники особенно сложно разрабатывать, и в настоящее время технологий для этого слишком мало.

Читать также

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное

GitHub заменил термин «мастер» на нейтральный аналог

Появилось сразу два доказательства внеземной жизни. Одно на Венере, другое — неизвестно

Загрузка...