Quelle : DESY / Science Communication Lab
Ein Team von Wissenschaftlern baute ein Miniatur-Doppel Teilchenbeschleuniger das die ursprünglich in das System eingespeiste Laserenergie recycelt, um die Energie von zu steigern Elektronen für eine Sekunde nach a neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Körperliche Überprüfung X .
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Teilchenbeschleuniger recycelt Energie
Schmalband verwenden Terahertz Strahlung zwischen Infrarot- und Radiofrequenzen im elektromagnetischen Spektrum, das Gerät selbst ist ein einzelnes Objekt mit einer Länge von 1,5 Zentimetern und einem Durchmesser von 0,79 Millimetern. Dongfang Zhang und seine Kollegen vom Zentrum für Freie-Elektronen-Laser-Wissenschaft CFELbei DESY haben ihren experimentellen Beschleuniger im Journal vorgestellt Körperliche Überprüfung X .
Die winzige Statur des neuartigen Geräts ist aufgrund der kurzen Wellenlänge der Terahertz-Strahlung möglich. "Terahertz-basierte Beschleuniger haben sich als vielversprechende Kandidaten für kompakte Elektronenquellen der nächsten Generation herausgestellt", sagte Franz Kärtner, Leiter der gebauten CFEL-Gruppedas Gerät und Lead Scientist bei DESY. Wissenschaftler haben erfolgreiche Experimente mit Terahertz-Beschleunigern abgeschlossen. vorher was Anwendungen ermöglichte, bei denen große Teilchenbeschleuniger weder machbar noch notwendig sind. "Die Technik befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium, und die Leistung oder die experimentellen Terahertz-Beschleuniger wurden durch den relativ kurzen Wechselwirkungsabschnitt zwischen dem Terahertz-Impuls und begrenztdie Elektronen ", sagte Kärtner, entsprechend zu phys.org.
Terahertz-Wellen sparen Laserenergie
Um das neue Gerät zu betreiben, verwendete das Team einen längeren Impuls, der aus vielen Terahertz-Wellenzyklen bestand. Mit diesem Multirad konnten sie den Wechselwirkungsabschnitt mit den Partikeln verlängern. Puls mit großem Erfolg. "Wir speisen den Terahertz-Impuls mit mehreren Rädern in einen Wellenleiter ein, der mit einem dielektrischen Material ausgekleidet ist", sagte Zhang laut phys.org.
Das neue Gerät hat im Labor keine große Beschleunigung erzeugt. Das Team könnte sein Konzept jedoch beweisen, indem es zeigt, wie Elektronen in einem Wellenleiter Energie gewinnen. "Es ist ein Proof of Concept. Die Energie der Elektronen stieg von 55 auf etwa56,5 Kilo Elektronenvolt ", sagte Zhang zu phys.org." Eine stärkere Beschleunigung kann erreicht werden, indem ein stärkerer Laser zur Erzeugung der Terahertz-Impulse verwendet wird. "
Diese Anordnung war hauptsächlich für nicht relativistische Physik was bedeutet, dass Elektronen Geschwindigkeiten haben, die nicht ganz so schnell sind wie das Licht selbst. Insbesondere ermöglicht die nicht-relativistische Physik die Rückführung des Terahertz-Impulses für eine zweite Stufe von Beschleunigung . "Sobald der Terahertz-Impuls den Wellenleiter verlässt und in das Vakuum eintritt, wird seine Geschwindigkeit auf die Lichtgeschwindigkeit zurückgesetzt", erklärte Zhang gegenüber phys.org. "Dies bedeutet, dass der Impuls das langsamere Elektronenbündel in wenigen Zentimetern überholtWir haben einen zweiten Wellenleiter genau in der richtigen Entfernung platziert, in der die Elektronen zusammen mit dem Terahertz-Impuls, der durch den Wellenleiter wieder verlangsamt wird, in ihn eintreten. Auf diese Weise erzeugen wir einen zweiten Wechselwirkungsabschnitt, der die Energien der Elektronen weiter erhöht. "
Innerhalb des Laborexperiments konnte nur ein Bruchteil des Terahertz-Impulses auf diese Weise recycelt werden. Das Experiment zeigte jedoch, dass Energie recycelt wird. Patikelbeschleuniger ist im Prinzip machbar, und Zhang glaubt, dass die recycelte Fraktion erheblich erhöht werden könnte. Nicholas Mattlis, leitender Wissenschaftler und Teamleiter des Projekts der CFEL-Gruppe, betonte: "Unser Kaskadenschema wird die Nachfrage nach dem erforderlichen Laser erheblich senkenSystem zur Elektronenbeschleunigung im nicht-relativistischen Regime, das neue Möglichkeiten für das Design von Beschleunigern auf Terahertz-Basis eröffnet. "