Jenis baru akselerator partikel sedang diperkenalkan

Mewakili jumlah percepatan yang digerakkan oleh laser (sisi kiri) dan percepatan yang digerakkan elektronik berikutnya (sisi kanan), akselerator plasma sintesis terbentuk bersama-sama. Kredit: Alberto Martinez de la Osa, Thomas Heimanman

Elektron naik dalam gelombang ganda

Karena mereka jauh lebih pendek dari kulit hari ini, yang bisa mencapai beberapa kilometer, Plasma Kulit dianggap sebagai teknologi yang menjanjikan untuk masa depan. Sebuah kelompok penelitian internasional kini telah membuat kemajuan yang signifikan dalam mengembangkan lebih lanjut pendekatan ini: dengan dua pengujian yang saling melengkapi Helholtz Center Dresden-Rosendorf (HZDR) dan di Ludwig-Maximilians-University Munich (LMU), tim dapat menggabungkan untuk pertama kalinya dua teknologi plasma terpisah dan membuat akselerator hybrid baru. Konsep tersebut, seperti yang dijelaskan dalam jurnal ahli, dapat meningkatkan perkembangan kulit dan menjadi dasar sumber sinar-X yang sangat cerah untuk penelitian dan perawatan jangka panjang. Komunikasi dengan alam.

Pada kulit partikel konvensional, gelombang radio yang kuat diarahkan ke tabung logam berukuran khusus yang disebut resonator. Partikel yang dipercepat – yang sering kali berupa elektron – dapat memancarkan gelombang radio seperti halnya peselancar mengendarai gelombang laut. Namun, potensi teknologinya terbatas: memasukkan terlalu banyak energi gelombang radio ke dalam resonator akan menimbulkan risiko muatan listrik yang dapat merusak material. Ini berarti bahwa untuk membawa partikel ke tingkat energi yang lebih tinggi, banyak regenerator perlu dihubungkan secara seri, yang dalam banyak kasus memperpanjang kulit saat ini.

Akselerator 200 mcg

Akselerator 200 mcg. Kredit: Ari Irman

Itulah mengapa para ahli dengan bersemangat mengerjakan alternatif: akselerasi plasma. Pada prinsipnya, laser pendek dan sangat kuat menyalakan api dalam plasma – keadaan materi terionisasi yang terdiri dari elektron bermuatan negatif dan inti atom bermuatan positif. Dalam plasma ini, pulsa laser menciptakan medan listrik alternatif yang kuat seperti kebangkitan kapal, yang dapat mempercepat sejumlah besar elektron dalam jarak yang sangat pendek. Secara teoritis, ini berarti bahwa fasilitas dapat dibuat lebih kompak, dengan memampatkan akselerator yang saat ini panjangnya seratus meter menjadi hanya beberapa meter. “Minimisasi ini membuat konsep menjadi menarik,” jelas Ari Irman, peneliti di HZRR Institute of Radiation Physics. “Dan kami berharap ini akan memungkinkan laboratorium universitas yang lebih kecil untuk memberikan akselerator yang kuat di masa depan.”

Ada varian lain dari akselerasi plasma di mana plasma digerakkan oleh tandan elektronik berkecepatan mendekati cahaya alih-alih pembakaran laser yang kuat. Metode ini menawarkan dua keunggulan dibandingkan percepatan plasma yang digerakkan oleh laser: “Pada prinsipnya, kekuatan partikel yang lebih tinggi harus dimungkinkan dan berkas elektron yang dipercepat harus lebih mudah dikendalikan,” jelas fisikawan HZDR dan penulis awal Thomas Kurz. “Masalahnya adalah saat ini, kami mengandalkan kulit konvensional untuk menghasilkan gugus elektron yang dibutuhkan untuk menjalankan plasma.” Rancangan Di Hamburg, misalnya, tempat eksperimen semacam itu dilakukan, seratus meter adalah ukuran yang baik.

Kombinasi energi tinggi

“Kami bertanya pada diri sendiri apakah kami dapat membuat akselerator yang lebih ringkas untuk menggerakkan gelombang plasma,” kata Thomas Heymanman, dari Universitas Strathclyde di Skotlandia, yang merupakan penulis utama studi di Strathclyde, Skotlandia. Idenya adalah untuk menggantikan metode konvensional ini. fasilitas dengan akselerator plasma bertenaga laser. “Untuk menguji konsep tersebut, tim merancang pengaturan eksperimental yang canggih untuk menabrak jet gas Draco helium dan nitrogen dari fasilitas laser HZDR, plasma. Menciptakan berkas elektron cepat yang dibundel. Berkas elektron melewati foil logam di bagian belakang, foil tersebut memantulkan sinar laser.

Pada bagian selanjutnya, berkas elektron yang masuk dihadapkan dengan gas lain, kali ini campuran hidrogen dan helium, di mana ia dapat membuat gelombang plasma kedua yang baru, menempatkan elektron lain dalam mode turbo hanya dengan jarak beberapa milimeter untuk menembak. mengeluarkan berkas partikel energi tinggi. “Dalam prosesnya, kami melakukan pra-ionisasi plasma dengan pulsa laser ekstra yang lemah,” jelas Heinman. “Ini membuat akselerasi plasma lebih efisien dengan sinar pengemudi.”

Turbo Ignition: Kecepatan cahaya sekitar satu milimeter

Hasilnya: “Akselerator hybrid kami mengukur kurang dari satu sentimeter,” jelas Kurz. “Bagian akselerator yang digerakkan sinar menggunakan elektron sekitar satu milimeter untuk membawa elektron mendekati kecepatan cahaya.” Simulasi proses yang realistis menunjukkan gradien yang signifikan dari tegangan kulit dalam proses tersebut, yang menyamai peningkatan lebih dari seribu kali lipat dibandingkan dengan kulit konvensional. Untuk menjelaskan pentingnya temuan mereka, para peneliti menerapkan konsep tersebut dalam bentuk yang mirip dengan Atlas Laser di LMU di Munich. Namun, para ahli masih harus mengatasi banyak tantangan sebelum menggunakan teknologi baru ini.

Namun, para ahli sudah mengetahui potensi bidang aplikasi: “Saat ini tim peneliti tidak memiliki kulit partikel yang sesuai sehingga bisa menggunakan teknologi ini dan berkembang lebih jauh,” harap Ari Irman. “Dan kedua, akselerator hibrid kami dapat disebut laser elektron bebas.” “FEL semacam itu dianggap sebagai sumber radiasi berkualitas sangat tinggi, terutama sinar-X, untuk analisis ultra-akurat nanomotural, biomolekul, atau sampel geologi. ” Hingga saat ini, laser sinar-X ini membutuhkan kulit konvensional yang panjang dan mahal. Teknologi plasma baru membuatnya lebih ringkas dan mahal – dan mungkin membuatnya lebih terjangkau untuk laboratorium universitas biasa.

Referensi: T. Kurz, t. Heimanman, MF Giljahan, Y Chang, JP Kupras Kabada, a. “Demonstrasi akselerator plasma kompak yang didukung oleh berkas elektron yang dipercepat laser” dilakukan oleh Debas, O. Kononenko, R. Paush, S. Shabel, R.W. Asman, M.A. Bosman, H. Ding, J. Gatzfried, a. Kahler, g. Raj, S. Schindler, K. Steiner, oh. Jarini, S. Cord, a. Dap, B. Heading, s. Karsh, U. Shram, a. Martinez de la Osa dan a. Irman, 17 Mei 2021, Komunikasi dengan alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23000-7

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.