Verdensrekord:Plasmaaccelerator fungerer døgnet rundt

Et team af forskere på DESY har nået en vigtig milepæl på vejen til fremtidens partikelaccelerator. For første gang, en såkaldt laserplasma-accelerator har kørt i mere end et døgn, mens den kontinuerligt producerede elektronstråler. LUX beamline, i fællesskab udviklet og drevet af DESY og University of Hamburg, opnået en køretid på 30 timer. "Dette bringer os et stort skridt tættere på den stabile drift af denne innovative partikelaccelerator -teknologi, "siger DESY's Andreas R. Maier, gruppens leder. Forskerne rapporterer om deres rekord i tidsskriftet Fysisk gennemgang X . "Tiden er moden til at flytte laserplasmaacceleration fra laboratoriet til praktiske applikationer, "tilføjer direktøren for DESYs Accelerator Division, Wim Leemans.

Fysikere håber, at teknikken til laserplasmaacceleration vil føre til en ny generation af kraftfulde og kompakte partikelacceleratorer, der tilbyder unikke egenskaber til en lang række applikationer. I denne teknik, en laser eller energisk partikelstråle skaber en plasmabølge inde i en fin kapillær. Et plasma er en gas, hvor gasmolekylerne er blevet fjernet fra deres elektroner. LUX bruger brint som gas.

"Laserpulserne pløjer sig gennem gassen i form af smalle skiver, fjerne elektronerne fra brintmolekylerne og feje dem til side som en sneplov, "forklarer Maier, der arbejder på Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), en fælles virksomhed mellem DESY, universitetet i Hamburg og Max Planck Society. "Elektroner i kølvandet på pulsen accelereres af den positivt ladede plasmabølge foran dem - ligesom en wakeboarder kører bølgen bag en båds akter."

Dette fænomen gør det muligt for laserplasmaacceleratorer at opnå accelerationsstyrker, der er op til tusind gange større, end hvad der kan leveres af nutidens mest kraftfulde maskiner. Plasma acceleratorer muliggør mere kompakte og kraftfulde systemer til en lang række applikationer, fra grundforskning til medicin. En række tekniske udfordringer mangler stadig at blive overvundet, før disse enheder kan bruges praktisk. "Nu hvor vi er i stand til at betjene vores strålelinje i længere tid, vi vil være bedre i stand til at tackle disse udfordringer, "forklarer Maier.

Under den rekordstore non-stop operation, fysikerne accelererede mere end 100, 000 elektronbundter, en hvert sekund. Takket være dette store datasæt, acceleratorens egenskaber, laseren og bundterne kan korreleres og analyseres meget mere præcist. "Uønskede variationer i elektronstrålen kan spores tilbage til bestemte punkter i laseren, for eksempel, så vi nu ved præcis, hvor vi skal starte for at producere en endnu bedre partikelstråle, "siger Maier." Denne tilgang danner grundlaget for en aktiv stabilisering af bjælkerne, som er implementeret på alle højtydende acceleratorer i verden, "forklarer Leemans.

Ifølge Maier, nøglen til succes var at kombinere ekspertise fra to forskellige felter:plasmaacceleration og knowhow i stabil acceleratordrift. "Begge fås hos DESY, der er uden sidestykke i verden i denne henseende, "Understreger Maier. Ifølge ham, mange faktorer bidrog til acceleratorens stabile langsigtede drift, fra vakuumteknologi og laserekspertise til et omfattende og sofistikeret kontrolsystem. "I princippet, systemet kunne have været ved med at køre endnu længere, men vi stoppede det efter 30 timer, "rapporterer Maier." Siden da har vi har gentaget sådanne kørsler tre gange mere. "

"Dette arbejde viser, at laserplasma -acceleratorer kan generere en reproducerbar og kontrollerbar output. Dette giver et konkret grundlag for at udvikle denne teknologi yderligere, for at bygge fremtidige acceleratorbaserede lyskilder på DESY og andre steder, "Leemans opsummerer.