Создан компактный двойной ускоритель на основе терагерца

Миниатюрный размер устройства возможен благодаря короткой длине волны терагерцового излучения.

1 1 100

Команда ученых DESY создала миниатюрный ускоритель частиц, который может перерабатывать часть энергии лазера, подаваемой в систему, чтобы во второй раз повысить энергию ускоренных электронов.

В устройстве используется узкополосное терагерцовое излучение, которое лежит между инфракрасным и радиочастотным диапазоном электромагнитного спектра, а одна ускорительная трубка имеет длину всего 1,5 сантиметра и диаметр 0,79 миллиметра. Дунфан Чжан и его коллеги из центра CFEL в DESY представили свой экспериментальный ускоритель в журнале Physical Review X.

Миниатюрный размер устройства возможен благодаря короткой длине терагерцового излучения.

«Ускорители на основе терагерца стали перспективными кандидатами на создание компактных электронных источников следующего поколения», — объясняет Франц Кертнер, ведущий научный сотрудник DESY и глава группы CFEL, создавшей устройство.

Ученые ранее успешно экспериментировали с терагерцовыми ускорителями, что могло бы обеспечить применение там, где большие ускорители частиц неосуществимы или просто не нужны. «Однако эта технология все еще находится на ранней стадии, и производительность экспериментальных терагерцевых ускорителей была ограничена относительно коротким участком взаимодействия между терагерцовым импульсом и электронами», — говорит Кертнер.

Для нового устройства ученые использовали более длинный импульс, состоящий из множества циклов терагерцевых волн. Этот многоцикловый значительно расширяет участок взаимодействия с частицами.

«Мы подаем многоцикловый терагерцовый в волновод, покрытый диэлектрическим материалом», — говорят ученые. В волноводе скорость импульса уменьшается. Пучок электронов попадает в центральную часть волновода как раз вовремя, чтобы пройти вместе с импульсом. Такая схема увеличивает область взаимодействия между терагерцовым импульсом и электронным сгустком до сантиметрового диапазона — по сравнению с несколькими миллиметрами в более ранних экспериментах.

Смотрите также  Физики продолжают раскрывать квантовые секреты

Устройство не производило большого ускорения в лаборатории. Тем не менее, исследователи могут доказать свою концепцию, показав, что получают энергию в волноводе. «Это подтверждение концепции. Энергия электронов увеличилась с 55 до 56,5 килоэлектронвольт», — говорят они. «Более мощное ускорение может быть достигнуто при использовании более мощного лазера для генерации терагерцевых импульсов».

Установка в основном рассчитана на нерелятивистский режим, то есть имеют скорости, которые меньше скорости света. Интересно, что этот режим позволяет повторно использовать терагерцовый для второй ступени ускорения.

«Как только терагерцовый покидает волновод и входит в вакуум, его скорость восстанавливается до скорости света», — объясняет Дунфан Чжан. — Это значит, что импульс обгоняет более медленный пучок электронов на пару сантиметров. Мы поместили второй волновод как раз на такое расстояние, чтобы входили в него вместе с терагерцовым импульсом, который снова замедляется волноводом. Таким образом, мы создаем вторую секцию взаимодействия, повышая энергию электронов еще больше.»

В лабораторном эксперименте только небольшая часть терагерцового импульса могла быть использована таким образом. Но эксперимент показывает, что рециклинг возможен в принципе, и ученые уверены, что повторное использование можно существенно увеличить.

Николас Маттлис, старший научный сотрудник и руководитель проекта в группе CFEL, подчеркивает: «Наша каскадная схема значительно снизит спрос на необходимую лазерную систему для ускорения электронов в нерелятивистском режиме, открывая новые возможности для проектирования ускорителей на основе терагерцовых частот.»


Dongfang Zhang et al, Cascaded Multicycle Terahertz-Driven Ultrafast Electron Acceleration and Manipulation, Physical Review X (2020). DOI: 10.1103/PhysRevX.10.011067

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
1 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Евгений Медем
Участник
1 год назад

В описанном тетрагерцевом ускорителе фактически реализуется идея подталкивания электрона гребнем лазерной волны, фазовая скорость которого выше скорости света.
Прошу принять к сведению, что в марте 2014 г. в фантастической повести «Неожиданное интервью», обнародованной на сервере Проза.ру (http://www.proza.ru/2014/03/18/1991), я изложил подход к возможной реализации энергетических процессов с использованием фазовой скорости. ЕМ

1
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x