العلماء على استكشاف كيف الطبيعية أبسط المستويات؟

وسوف تكون قادرة على التعرف على البناء من التفاصيل الذرية ودون الذرية من "سوبر المجهر". ولكن هذا لن يعمل في الضوء المرئي. للكشف عن مادة نطاق أصغر، فإنها يمكن أن شعاع الالكترون استخدامها، إما استخدامها مباشرة في مصادم الجسيمات، أو في مجال الطاقة الأشعة السينية يتم تحويلها إلى ليزر مشرق منه أشعة X. C تحتل المركز من هذه الآلات لجعل الاكتشافات العلمية في مسرعات الجسيمات. أولا، مسرع الجسيمات يولد الإلكترون، ثم رفع في سلسلة من الطاقة للإلكترونات في تجويف دواسة البنزين.

الآن، وجد فريق بحث دولي أن أكثر إشراقا، ومصدر الإلكترون القائم على البلازما التي يمكن استخدامها لمسرعات الجسيمات أكثر إحكاما وأكثر قوة.

في هذه العملية، والإلكترون الإفراج عن شعاع الالكترون من الذرات المحايدة في خروج البلازما. وتسمى هذه الطريقة التكنولوجيا حصان طروادة لأنها تذكرنا الطريقة غزو الإغريق طروادة القديمة، وضعوا الجنود قوي (الإلكترونية) مخبأة في طروادة (البلازما)، ثم سحبت في مدينة (معجل).

شعاع ليزر (من اليسار أحمر) الإلكترونات (النقاط الزرقاء) من إطلاق الهيليوم. بعض الإلكترونات الحرة (النقاط الحمراء) في البلازما لتسريع فقاعة (بيضاوية بيضاء) شعاع الالكترون (الأخضر) التي تم إنشاؤها. | المصدر: جامعة توماس هاينمان / ستراثكلايد

جامعة ستراثكلايد برنارد باخفاء هو الباحث الرئيسي للدراسة، وقال: ".. تجاربنا تبين أن حصان طروادة لأول مرة هذه الطريقة يمكن في الواقع العمل هي واحدة من أكثر المصادر الواعدة من طريقة إلكترونية المستقبل، قد تكون قادرة على اختراق حدود التكنولوجيا اليوم."

وقد نشرت نتائج الدراسة في - مجلة "الطبيعة الفيزياء".

1. بدلا من البلازما المعدنية

في معظم التسريع المتقدمة، والمشع الإلكترونات التي كتبها ليزر ضوئي على المعدن المنتج، والإلكترونات ركلة ضوئي معدن من المعادن. تسريع الإلكترونات في تجويف معدني، حيث سيتم استيعاب المزيد من الطاقة من حقل الترددات الراديوية، وتشكيل شعاع الالكترون طاقة عالية. في ليزر الأشعة السينية، مثل المختبر الوطني SLAC لتسريع LCLS، يمكن للشعاع الالكترون تدفع لمشرق للغاية الأشعة السينية.

ومع ذلك، على مسافة معينة، يمكن للتجويف معدني توفر سوى مكاسب طاقة محدودة من الإلكترونات، أو تسريع التدرج. حتى إذا كنت تريد أن يكون لها المزيد من المكاسب الطاقة، يحتاج مسرع أيضا لتصبح أكثر وظيفة بهذه الطريقة، وبناء البصمة مسرع المطلوبة والتكاليف يمكن أن تصبح كبيرة جدا. في السنوات الأخيرة، كان العلماء يبحثون عن دواسة البنزين لإفساح المجال أكثر إحكاما. على سبيل المثال، قد يكون أظهر في مكان غرفة معدنية مع البلازما، من أجل الحصول على أعلى تدرجات التسارع، والتي قد تكون قادرة على تقصير طول مسرع 100-1000 مرات في المستقبل.

وسيتم توسيع نطاق الأوراق مفهوم جديد إلى مصدر الإلكترون مسرع البلازما. في SLAC علامة هوجان وقال انه شارك في تأليف ورقة :. "لقد أظهرنا سابقا أن تسارع البلازما يمكن أن تكون قوية جدا وفعالة، لكننا لم نتمكن لتطبيقات المستقبل من شعاع الالكترون لانتاج نوعية عالية بما فيه الكفاية لتحسين نوعية شعاع الالكترون هو مستقبل المهمة الرئيسية لبضع سنوات، وضعت نوع جديد من مصدر الإلكترون هي واحدة من جزء مهم ".

ووفقا لحسابها السابق، والتكنولوجيا حصان طروادة يسمح للسطوع شعاع الالكترون أعلى 100-10000 مرة من شعاع الالكترون أقوى اليوم. أكثر إشراقا شعاع الالكترون أيضا تمكين مستقبل أكثر إشراقا أشعة X ليزر، وبالتالي زيادة تعزيز القدرات العلمية الخاصة بهم.

كبير الباحثين أحصنة طروادة المشروع في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس جيمس روزنويج وأعرب، اذا كنا نستطيع الجمع بين شعاع توليد البلازما والتدرجات تسارع عالية في البلازما، ثم نفس الشيء يمكن أن تكون ملفقة لإطلاق الطاقة ليزر الأشعة السينية على مسافة عدة أمتار بدلا من بضعة كيلومترات.

2. تصنيع شعاع الالكترون المتقدمة

وأجرى الباحثون تجاربهم على SLAC على المعدات FACET. FACET يخضع حاليا لترقية رئيسية، ويمكن ان تنتج طاقة عالية نبض الإلكترون يمكن استخدامها للبحث عن الجيل القادم من المسرعات التكنولوجيا (مثل تسريع البلازما) من.

أولا، يتم المشع ضوء الليزر إلى الخليط فريق من الهيدروجين والهيليوم. الليزر المستخدم هو فقط ما يكفي من الطاقة من الالكترونات تجريد الهيدروجين، والبلازما إلى الهيدروجين المحايد. ولكنها ليست ستصبح طاقة كافية أيضا أيون الهيليوم والإلكترونات الهليوم بشكل وثيق من أغلال الإلكترونية الهيدروجين، وظل هكذا على الحياد في البلازما صح التعبير.

الباحثون ثم يرسل إلى البلازما FACET شعاع الالكترون، حيث يتم إنشاء البلازما في أعقاب، وزورق يستيقظ ولدت عندما ينزلق الماء نفسه. E-المخلفات يمكن "تصفح" في أعقاب، وكميات هائلة من الطاقة.

في هذه الدراسة، والإلكترونات الزائدة من داخل البلازما (كما هو موضح أدناه). في شعاع الالكترون وراءه بعد والباحثين مع الليزر وفقا لالبلازما الثاني ركز بإحكام شعاع من الهيليوم. هذه المرة نبضة ليزر لديها ما يكفي من الطاقة، الإلكترونات يمكن تجريده الخروج من ذرات الهليوم، وفي أعقاب تسارع الإلكترون.

ويعرض الرقم العمل مفهوم نهج حصان طروادة. شعاع مجموعة من الإلكترونات (حق البقع مشرق البيضاء) أجهزة SLAC من خلال البلازما FACET الهيدروجين (الأرجواني)، وتشكيل فقاعة البلازما (الزرقاء). عندما فقاعات قريبة من سرعة الضوء من البلازما، والإلكترونات شعاع نبضة ليزر (بقع بيضاء) على الإفراج عن الهليوم البلازما محايد بها، والتي يتم تحريرها في نهاية الإلكترونات فقاعات المحاصرين، حيث للحصول على الطاقة (الضوء الأبيض على اليسار). | المصدر: جريج ستيوارت / SLAC المختبر الوطني مسرع

شعاع الالكترون قريبة من سرعة الضوء من خلال البلازما، وسوف تستمر التزامن فقط إلى الألف من الثانية بينهما وفلاش ليزر، وهو أمر مهم للغاية والتحدي. جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس أيهوا دينغ هو واحد من المؤلفين الرئيسية للرقة، وقال: "إذا ومضة في وقت مبكر جدا، فإنه يولد سيكون شكل الكتروني تتداخل مع تدفق ذيل البلازما إذا فوات الأوان، وبعد البلازما تتحرك، مما تسبب الإلكترونات لا يمكن. تسريع ".

الباحثون يتوقعون الآن استخدام شعاع الإلكترون سطوع الحصول على طريقة حصان طروادة، القائمة بالفعل الأكثر تقدما مصدر سطوع الإلكترون غير قابلة للمقارنة.

آخر المؤلف الرئيسي من جامعة هامبورغ، ألمانيا أوليفر Karger وقال: "لدينا التكنولوجيا قد أحدثت ثورة في السبب هو أن صناعة الطريقة الإلكترونية." عندما يتم تجريد الإلكترونات من الهيليوم، والتي تسارعت بشكل سريع إلى الأمام، الأمر الذي يجعل هي واحدة من الحزم معا بإحكام، وهو للحصول على شرط إشراقا شعاع.

نفذت SLAC باستخدام تقنية حصان طروادة في الهندسة العمودية (بين شعاع الليزر والإلكترون 90 درجة) إنتاج أشعة عالية الإلكترون الطاقة. شعاع ليزر (أحمر، من اليمين إلى اليسار) الإلكترون (النقاط الزرقاء) على الإفراج عن الهليوم. بعض الإلكترونات الحرة (البنفسجية إلى النقطة الصفراء) في البلازما لتسريع فقاعة (بيضاوية بيضاء) على (الأخضر) التي تنتجها شعاع الالكترون. | المصدر: جامعة توماس هاينمان / ستراثكلايد

أحصنة طروادة استخدام التكنولوجيا لتوليد الطاقة العالية شعاع الالكترون على خط واحد الهندسة (ليزر والإلكترون محاذاة شعاع). تجريد شعاع تركيزا من ضوء الليزر (الاحمر والبرتقالي) الإلكترونات في ذرات الهليوم (بقعة زرقاء الأولية) بها. ثم تسارعت كل الإلكترونات الحرة (نقطة أكثر الخضراء) داخل البلازما في لمبة (الأبيض البيضاوي) شعاع الالكترون (الأخضر) التي تم إنشاؤها. | المصدر: جامعة توماس هاينمان / ستراثكلايد

3. مزيد من البحث والتطوير

ولكن للحصول على مثل تطبيق صغير من الليزر أشعة X تصبح حقيقة واقعة، يحتاج العلماء أيضا المزيد من البحوث. بعد ذلك، قام الباحثون يرغبون في تحسين نوعية واستقرار شعاع، وتحسين التشخيص، بحيث يمكن قياس سطوع الفعلي للشعاع، ولا يقدر فقط.

سيتم الانتهاء من هذه التطورات بعد الترقية إلى FACET FACET-II. مدير FACET فيتالي ياكيمنكو وقال: "هذه التجربة تعتمد على استخدام المنتجة لل.FACET-II كثافة الإلكترون شعاع الطاقة قدرة بلازما سيكون أعقاب حيث شعاع الالكترون لإنتاج سوى قوة عالية بما فيه الكفاية والطاقة في العالم".

الروابط المرجعي:

https://www6.slac.stanford.edu/news/2019-08-12-atomic-trojan-horse-could-inspire-new-generation-x-ray-lasers-and-particle