Forskere afdækker en ny hindring for effektive acceleratorbjælker

Højenergi-ionstråler-laserlignende stråler af atompartikler affyret gennem acceleratorer-har applikationer, der spænder fra inertial indeslutningsfusion til produktion af superhot ekstreme tilstande af stof, der menes at eksistere i kernen af ​​kæmpe planeter som Jupiter, og som forskere er ivrige efter at studere. Disse positivt ladede ionstråler skal neutraliseres af negativt ladede elektroner for at holde dem skarpt fokuseret. Imidlertid, forskere har fundet mange forhindringer for neutraliseringsprocessen.

Udvalgt artikel

Ved U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), forskere har opdaget en overraskende ny forhindring, der reducerer neutraliseringen af ​​ionstrålepulser. Fundene, rapporteret i Physics of Plasmas og promoveret som en fremhævet artikel, give ny indsigt i en kilde til problemet og angive, hvordan man forhindrer det.

Opdagelsen foreslår en forklaring på den dårlige neutraliseringsrate, der først blev observeret i forsøg på Lawrence Berkeley National Laboratory tilbage i 2002. Problemet er forblevet uforklarligt forud for udviklingen af ​​koder, der er i stand til at simulere de involverede processer.

Fysiker Chaohui Lan, en gæsteforsker fra China Academy of Engineering Physics, afdækkede årsagen, mens han udførte computersimuleringer af elektrondynamik med PPPL -fysiker Igor Kaganovich, souschef for PPPL -teori- og beregningsafdelingen. Deres forskning på Princeton University computere undersøgte indsprøjtning af elektroner fra et tyndt filament i strålepulsen for at neutralisere den for effektiv fokusering og transport. Resultaterne viste, at processen reducerede neutraliseringen sammenlignet med at føre strålen gennem plasma - den ladede tilstand af stof, der består af frie ioner og elektroner.

Charged øer

"I disse simuleringer fandt jeg noget usædvanligt, "sagde Lan, hovedforfatter til Physics of Plasmas paper, som Kaganovich var medforfatter til. "Jeg kaldte dem 'ladede øer', der ikke kunne neutraliseres yderligere af injicerede elektroner."

Det Lan havde snublet over var dannelsen af ​​"elektrostatiske solitære bølger" (ESW), en type stabil elektron-ophidset bølge, som tidligere undersøgelser af neutralisering ikke havde rapporteret. Sådanne bølger kan nå flere centimeter i længden og bevæge sig frem og tilbage fra kanterne af ionstrålepulsen, påvirker elektronbevægelse og reducerer neutralisering. Bølgerne interagerer svagt med hinanden og forstyrrer og giver i nogle tilfælde elektronerne energi, får dem til at undslippe strålen og yderligere reducere neutraliseringen.

For at minimere problemet, de nye fund tyder på at udvide filamentet, der injicerer elektronerne i strålen for at forbedre neutraliseringshastigheden. "Det udvider fordelingen af ​​elektroner, "siger Kaganovich, "og mindsker excitationen af ​​bølgerne." I øvrigt, tilføjer han, modellen udviklet på PPPL skal hjælpe forskere med at studere og forstå mekanismerne bag excitationen af ​​disse bølger for at hjælpe med at kontrollere dem.