SLAC -opfindelse kan gøre partikelacceleratorer 10 gange mindre

Partikelacceleratorer genererer elektroner med høj energi, protoner og ioner til en lang række applikationer, herunder partikelkolliderer, der kaster lys over naturens subatomære komponenter, Røntgenlasere, der filmer atomer og molekyler under kemiske reaktioner og medicinsk udstyr til behandling af kræft.

Som en tommelfingerregel, jo længere speederen er, jo mere kraftfuld den er. Nu, et team ledet af forskere ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory har opfundet en ny type acceleratorstruktur, der leverer en 10 gange større energitilvækst over en given afstand end konventionelle. Dette kan gøre acceleratorer, der bruges til en given applikation, 10 gange kortere.

Nøgleidéen bag teknologien, beskrevet i en nylig artikel i Anvendt fysik bogstaver , er at bruge terahertz stråling til at øge partikel energier.

I dagens acceleratorer, partikler trækker energi fra et radiofrekvens (RF) felt, der føres ind i specifikt formede acceleratorstrukturer, eller hulrum. Hvert hulrum kan kun levere et begrænset energiforøgelse over en given afstand, så meget lange strenge af hulrum er nødvendige for at producere bjælker med høj energi.

Terahertz og radiobølger er begge elektromagnetisk stråling; de adskiller sig i deres respektive bølgelængder. Fordi terahertz -bølger er 10 gange kortere end radiobølger, hulrum i en terahertz -accelerator kan også være meget mindre. Faktisk, den, der blev opfundet i denne undersøgelse, var kun 0,2 tommer lang.

En stor udfordring ved at bygge disse små hulrum er at bearbejde dem meget præcist. I løbet af de sidste par år har SLAC -teams udviklede en måde at gøre netop det på. I stedet for at bruge den traditionelle proces med at stable mange lag kobber oven på hinanden, de byggede den lille struktur ved at bearbejde to halvdele og binde dem sammen.

Den nye struktur producerer også partikelpulser tusind gange kortere end dem, der kommer ud af konventionelle kobberstrukturer, som kunne bruges til at producere bjælker, der pulserer med en højere hastighed og frigiver mere strøm over et givet tidsrum.

Næste, forskerne planlægger at gøre opfindelsen til en elektronpistol - en enhed, der kan producere utroligt lyse elektronstråler til opdagelsesvidenskab, herunder næste generations røntgenlasere og elektronmikroskoper, der ville give os mulighed for i realtid at se, hvordan naturen fungerer på atomniveau. Disse bjælker kan også bruges til behandling af kræft.

At opfylde dette potentiale kræver også en videreudvikling af kilder til terahertz -stråling og deres integration med avancerede acceleratorer, som den, der er beskrevet i denne undersøgelse. Fordi terahertz -stråling har så kort en bølgelængde, dets kilder er særligt udfordrende at udvikle, og der er lidt teknologi til rådighed på nuværende tidspunkt. SLAC-forskere forfølger både elektronstråle og laserbaseret terahertz-generation for at levere de høje spidskræfter, der er nødvendige for at gøre deres acceleratorforskning til fremtidige virkelige applikationer.