Arbejde begynder med ny SLAC -facilitet for revolutionerende acceleratorvidenskab

Energiministeriets SLAC National Accelerator Laboratory er begyndt at samle en ny facilitet for revolutionerende acceleratorteknologier, der kan gøre fremtidige acceleratorer 100 til 1, 000 gange mindre og øge deres muligheder.

Projektet er en opgradering til Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests (FACET), en DOE Office of Science brugerfacilitet, der opererede fra 2011 til 2016. FACET-II vil producere stråler af meget energiske elektroner som sin forgænger, men med endnu bedre kvalitet. Disse bjælker vil primært blive brugt til at udvikle plasmaaccelerationsteknikker, som kunne føre til næste generations partikelkolliderer, der forbedrer vores forståelse af naturens grundlæggende partikler og kræfter og nye røntgenlasere, der giver os enestående udsigt over ultrahurtige processer i atomverdenen omkring os.

FACET-II vil være en unik facilitet, der hjælper med at holde USA i spidsen for acceleratorvidenskab, sagde SLAC's Vitaly Yakimenko, projektleder. "Dens bjælker af høj kvalitet gør det muligt for os at udvikle nye accelerationsmetoder, "sagde han." Især disse undersøgelser vil bringe os tæt på at gøre plasmaacceleration til faktiske videnskabelige anvendelser. "

DOE har nu godkendt projektet på 26 millioner dollars (kritiske beslutninger 2 og 3). Det nye anlæg, som forventes afsluttet ved udgangen af ​​2019, vil også fungere som en Office of Science -brugerfacilitet - en føderalt sponsoreret forskningsfacilitet til avanceret acceleratorforskning, der er tilgængelig på en konkurrencedygtig, peer-reviewed grundlag for forskere fra hele verden.

"Som en strategisk vigtig national brugerfacilitet, FACET-II giver os mulighed for at undersøge gennemførligheden og anvendelserne af plasmadrevet acceleratorteknologi, "sagde James Siegrist, associeret direktør for programmet High Energy Physics (HEP) på DOE's Office of Science, som forvalter avanceret accelerator -F &U i USA til udvikling af applikationer inden for videnskab og samfund. "Vi glæder os til at se den banebrydende videnskab på dette område, som FACET-II lover, med potentiale for betydelig reduktion af størrelsen og omkostningerne ved fremtidige acceleratorer, herunder frielektronlasere og medicinske acceleratorer. "

Bruce Dunham, leder af SLAC's Accelerator Directorate, sagde, "Vores laboratorium var bygget på acceleratorteknologi og fortsætter med at skubbe innovationer på området. Vi er spændte på at se FACET-II komme videre."

Surfer på Plasma Wake

Den nye facilitet vil bygge på succeserne med FACET, hvor forskere allerede demonstrerede, at plasmateknikken meget effektivt kan øge elektronernes energi og deres antimateriepartikler, positroner. I denne metode, forskere sender en flok meget energiske partikler gennem en varm ioniseret gas, eller plasma, skaber en plasma -vågne for en efterfølgende flok at "surfe" på og få energi.

I konventionelle acceleratorer, partikler trækker energi fra et radiofrekvensfelt inde i metalstrukturer. Imidlertid, disse strukturer kan kun understøtte en begrænset energitilvækst pr. afstand, før de brydes sammen. Derfor, acceleratorer, der genererer meget høje energier, bliver meget lange, og meget dyrt. Plasma -wakefield -tilgangen lover at bryde nye veje. Fremtidige plasmacceleratorer kunne, for eksempel, udfolde den samme accelerationskraft som SLACs historiske 2 kilometer lange kobberaccelerator (linac) på få meter.

Forskere vil bruge FACET-II til afgørende udviklinger, før plasmacceleratorer kan blive en realitet. "Vi skal vise, at vi er i stand til at bevare strålens kvalitet, når den passerer gennem plasma, "sagde SLAC's Mark Hogan, FACET-II projektforsker. "Stråler af høj kvalitet er et absolut krav til fremtidige anvendelser inden for partikel- og røntgenlaserfysik."

FACET-II-anlægget er i øjeblikket finansieret til at fungere med elektroner, men dets design gør det muligt at tilføje evnen til at producere og fremskynde positroner senere-et trin, der ville muliggøre udviklingen af ​​plasma-baserede elektron-positron-partikelkollidere til partikelfysikeksperimenter.

Et andet vigtigt mål er udviklingen af ​​nye elektronkilder, der kan føre til næste generations lyskilder, såsom lysere end nogensinde røntgenlasere. Disse kraftfulde opdagelsesmaskiner giver forskere en hidtil uset udsigt over atomverdenen og ændrer nye muligheder for forskning inden for kemi, biologi og materialevidenskab.

Andre videnskabelige mål for FACET-II inkluderer kompakte wakefield-acceleratorer, der bruger visse elektriske isolatorer (dielektrik) i stedet for plasma, samt diagnostik og beregningsværktøjer, der præcist vil måle og simulere fysikken i det nye anlægs kraftfulde elektronstråler. Videnskabsmål udvikles med regelmæssige input fra FACET -brugerfællesskabet.

"Godkendelsen til FACET-II er en spændende milepæl for videnskabssamfundet, "sagde Chandrashekhar Joshi, en forsker fra University of California, Los Angeles, og mangeårig samarbejdspartner i SLACs plasmaaccelerationsteam. "Anlægget vil skubbe grænserne for acceleratorvidenskab, opdage ny og uventet fysik og bidrage væsentligt til landets koordinerede indsats inden for avanceret accelerator -F &U. "

Hurtig vej til første eksperimenter

For at færdiggøre anlægget, besætninger vil installere en elektronkilde og magneter til at komprimere elektronbundter, samt ny afskærmning, sagde SLAC's Carsten Hast, FACET-II teknisk direktør. "Vi vil også opgradere anlæggets kontrolsystemer og installere værktøjer til at analysere stråleegenskaberne."

FACET-II vil bruge en kilometer (en tredjedel) af SLAC-linakken-sende elektroner fra kilden i den ene ende til forsøgsområdet i den anden ende-til at generere en elektronstråle med en energi på 10 milliarder elektronvolt, der driver facilitetens alsidige forskningsprogram.

FACET-II har udsendt sin første indkaldelse af forslag til forsøg, der vil køre, når anlægget går online i 2020.

"Projektteamet har udført et fremragende stykke arbejde med at sikre DOE -godkendelse til anlægget, "sagde DOE's Hannibal Joma, forbunds projektdirektør for FACET-II. "Vi leverer nu projektet til tiden til brugerprogrammet på SLAC."

SLAC's Selina Green, projektleder, sagde, "Efter to års hårdt arbejde, det er meget spændende at se projektet endelig komme sammen. Takket være DOE's fortsatte støtte vil vi snart kunne åbne FACET-II for banebrydende ny videnskab. "