استعراض

ووفقا لDESY (DESY) الموقع الرسمي ذكرت مؤخرا، المدرسة في مجال تجريبي مصغر معجل الجسيمات خلق رقما قياسيا عالميا جديدا. لأول مرة في تاريخ هذه الطاقة يحركها تيراهيرتز من الإلكترونات تحقن في معجل سوف تزيد إلى أكثر من الضعف.

خلفية

اليوم، والتقدم في الفيزياء المتطورة لا يمكن الاستغناء عن معجل الجسيمات قوية. قبل اصطدام الجسيمات، تستمر الفيزيائيين لاستكشاف طبيعة الكون. وببساطة، فإن معجل الجسيمات هو نوع من الجسيمات الأولية يمكن التعجيل إلى الأجهزة ذات الطاقة العالية جدا. ومن الجسيمات المشحونة من قبل المجال المغناطيسي التي تحكم القوة في حقل فراغ عالية، وشدة المجال الكهربائي تصل إلى التسريع عالية الطاقة.

(المصدر: CERN)

ومع ذلك، مسرعات الجسيمات بشكل عام كبيرة، ثقيلة، وارتفاع تكلفة. على سبيل المثال، والمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) مصادم هادرون الكبير (LHC) مدفونة في الأرض، وتزن حوالي 38000 طن، تصل إلى 27 كم.

(المصدر: CERN)

ومن الواضح أن مثل هذا كبيرة مسرعات الجسيمات تعمل ويصعب تطبيقه كبيرة. لمزيد من تسهيل مسرعات الجسيمات تعمل وتوسيع تطبيقه، والعلماء يدرسون أكثر إحكاما، والمحمولة، وسهل التشغيل مسرعات الجسيمات الصغيرة.

ثلاثة "مسرع على رقاقة" (المصدر: SLAC الولايات المتحدة المختبر الوطني مسرع)

ابتكار

في الآونة الأخيرة، DESY (DESY) العلماء في مجال تجريبي مصغر معجل الجسيمات خلق رقما قياسيا عالميا جديدا. لأول مرة في تاريخ هذه الطاقة يحركها تيراهيرتز من الإلكترونات تحقن في معجل سوف تزيد إلى أكثر من الضعف.

في نفس الوقت، وتشانغ الشرق (الصوت)، دكتوراه، وزملاؤه من DESY الحرة الكترون مركز علوم الليزر (CFEL) في مجلة "بصريات" ان، بالمقارنة مع التجارب السابقة باستخدام هذه التكنولوجيا، والجهاز تحسن كبير في نوعية شعاع الالكترون. وقال الدكتور تشانغ: "لقد حققنا حتى الآن أفضل المعايير لتيراهيرتز مسرع الحزم".

وأكد زعيم DESY في سرعة عالية جدا دراسات البصرية والأشعة السينية من مجموعة فرانز Krtner أن: "هذا الإنجاز يمثل التوجه نحو التسريع تحقيق تيراهيرتز، خطوة رئيسية."

تكنولوجيا

في الطيف الكهرومغناطيسي، ويقع تيراهيرتز الإشعاع بين ترددات الأشعة تحت الحمراء والميكروويف، وأنه من المتوقع أن يحقق الجيل الجديد من مسرعات الجسيمات المدمجة.

تيراهيرتز الإشعاع (المصدر: ويكيبيديا)

Krtner ويوضح: ".. الطول الموجي للإشعاع تيراهيرتز حوالي واحد في المئة من موجات الراديو المستخدمة حاليا لتسريع الجسيمات وهذا يعني أن حجم المكونات مسرع يمكن أيضا أن تكون حوالي واحد في المئة من الأصلي" تيراهيرتز ومن المتوقع برنامج مختبر مسرع لجلب بعدا جديدا من التطبيقات مثل مواد علم صغير مصدر أشعة X، حتى بالنسبة التصوير الطبي. هذه التكنولوجيا هي حاليا قيد التطوير.

هو مبين أدناه: مايكرو مسرع على البخار (المتوسط) هو الدافع وراء أشعة تيراهيرتز (الصفراء، من كلا الجانبين). فإنه يمكن تسريع والضغط، وتحليل الحادث تركز شعاع الالكترون (الأزرق).

(المصدر: DESY، وسيد برلين)

لأن تيراهيرتز موجة تتأرجح بسرعة كبيرة، لذلك كل عنصر وكل خطوة يجب أن تكون متزامنة على وجه التحديد. وأوضح الدكتور تشانغ :. "على سبيل المثال، من أجل تحقيق مكاسب الطاقة الأمثل من الإلكترونات يجب ضرب بدقة تيراهيرتز في فترة النصف في التسارع" في دواسة البنزين، والجسيمات عموما لا يطير في شكل شعاع مستمر، و يتم حزم حزمة في حزمة. لأنه في حقل سريع التغير، في دواسة البنزين تيراهيرتز، يجب أن يكون شعاع قصيرة جدا، وذلك لضمان شعاع من الجسيمات المعجلة جنبا إلى جنب الدولة على قدم المساواة.

وقال الدكتور تشانغ: "في التجارب السابقة، منذ التذبذب شعاع الالكترون طويل جدا الحقل تيراهيرتز بسرعة، وتسارع بعض الإلكترونات شعاع، والبعض الآخر تم حتى تخفيض شعاع لذلك، بشكل عام. ، وهذا سوف تنتج سوى مكاسب متواضعة الطاقة، ولكن الأهم من ذلك، الطاقة متباينة على نطاق واسع، مما أدى إلى تدهور نوعية شعاع ". مما زاد الطين بلة، وهذا التأثير هو زيادة كبيرة الابتعاثية، يمكن قياس شعاع الابتعاثية ضبط النفس الجانبي غير جيدة أو حالة سيئة. ملزمة الجسيمات أكثر إحكاما ممكن (وخفض الابتعاثية).

من أجل تحسين نوعية شعاع، الدكتور تشانغ وزملاؤه بتطوير جهاز متعدد الأغراض قبل وأنشأوا على مرحلتين مسرع: مجزأة تيراهيرتز مسرع الإلكترونية والمشغل (STEAM) يمكن ضغط، والتركيز، وتسريع وتحليل دينا أيضا هيرتز الإلكترون الإشعاع شعاع.

هو مبين أدناه: STEAM يسمى شعاع الالكترون سكين الجيش السويسري. طريقة عملها، ودخلت ويمكن ضغط أربع وظائف، والتركيز، وتسريع تحليل شعاع الالكترون.

(المصدر: DESY، جيسين الولادة)

فإن الباحثين البخار جهازين على التوالي. لأول مرة مضغوط طول شعاع الالكترون الحادث من حوالي 0،3-0،1 ملم، ثم من خلال جهاز البخار الثاني، يتم ضغط شعاع الإلكترون المعجل.

هو مبين أدناه: الجزئي على مرحلتين التشغيل المسرع في تيراهيرتز الإشعاع (الحمراء). يتم ضغط خطوة (من اليسار)، شعاع الإلكترون (الأزرق)، والخطوة الثانية (يمين)، وتسارع شعاع الالكترون. كل واحد عن اثنين سنتيمترا عنصرين منفصلين.

(المصدر: DESY، جيسين الولادة)

قيمة

وقال الدكتور تشانغ: "يحتاج هذا البرنامج أن يكون للرقابة على مستوى 1000000000000000 جزء من الثانية، ولكننا فعلنا ذلك من شأنه أن يخفض انتشار الطاقة إلى الربع، ويقلل من انبعاث السدس. للحصول على أفضل حتى الآن تيراهيرتز المعلمات شعاع مسرع ".

الطاقة غرس هو صافي الطاقة من 55keV الإلكترونات إلى 70keV. أكد الدكتور تشانغ: "هذه هي المرة الأولى أكثر من 100 من زيادة الطاقة في دواسة البنزين يحركها تيراهيرتز." الجهاز مسرع اقتران التقليدية تنتج ما يصل إلى 200 مليون فولت كثافة الذروة / م، على مقربة من الأكثر تقدما، أقوى . ومع ذلك، للتطبيقات العملية، فإنه لا يزال هناك مجال كبير للتحسين.

واختتم الدكتور تشانغ: .. "يظهر بحثنا أن قوة ضاغطة من شعاع الالكترون ممكنة حتى أكثر من ثلاثة أضعاف بالإضافة تيراهيرتز الطاقة، جيجابت فولت لكل متر من التدرج تسارع أيضا يبدو ممكنا بالتالي، تيراهيرتز وعود مفهوم أن تكون أكثر عملية تصميم الاختيار مسرع الإلكترونية الصغيرة ".

الكلمة

THz للوالالكترونيات ومسرع

المواد المرجعية

[1] دونغ فانغ تشانغ، آريا فلاحي، مايكل Hemmer، هونغ يي، معين Fakhari، يي هوا، حسين كانكايا، آن لور Calendron، لويس E. زاباتا، نيكولاس H. Matlis فرانز X. Krtner. مراقبة مراحل الفيمتو ثانية في الحقل عالية تيراهيرتز مدفوعة فائق السرعة مصادر الإلكترون . بصريات، 2019، دوى: 10.1364 / OPTICA.6.000872

[2]

[3]