تم إنشاء نموذج أولي من وحدة تسريع الجسيمات الدقيقة بطول 1.5 سم

مرحبًا بك في صفحات مدونة iCover ! من الصعب تصديق ذلك ، ولكن الجهاز الذي يبلغ طوله 1.5 سم وسمكه 1 مم يمكن أن يعمل حقًا كوحدة معجل للجسيمات الدقيقة في نطاق تيراهيرتز. سنصف ما هو مسرع مصغر وما هي احتمالات فتح تطبيقه في مقالتنا.



لدراسة الخصائص الأساسية للجسيمات على المستوى دون الذري ، تم إنشاء مصادم هادرون الكبير (LHC). ولكن مع كل عظمة الخطة وآفاق الافتتاح ، من الصعب تطبيق قدرات المصادم LHC ، على الأقل في هذه المرحلة ، في حل العديد من القضايا العملية التي تراكمت في الطب ، وعلوم المواد ، وفيزياء الجسيمات ، وإنشاء ليزر أشعة. يمكن أن تساعد المسرّعات التي تعمل في النطاق بين الأشعة تحت الحمراء وإشعاع الميكروويف من الطيف الكهرومغناطيسي على الإجابة عليها.

أنشأت مجموعة دولية متعددة التخصصات من العلماء أول نموذج أولي لمسرع الجسيمات المعياري المصغر الذي يستخدم إشعاع تيراهيرتز بدلاً من موجات التردد الراديوي. يبلغ طول وحدة التسريع النشطة 1.5 سم فقط وسمك 1 مم. حضر التطوير متخصصون من DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) ، CFEL (مركز علوم الليزر الإلكتروني المجاني) ، جامعة ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد البنية وديناميكيات المادة. معهد ماكس بلانك لهيكل وديناميكية المادة.

تعمل معظم مسرّعات الموجة الخطية الموجودة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق تردد الراديو. لذا ، على سبيل المثال ، مسرع PETRA III، بطول 2.3 كم ، تم إنشاؤه في DESY يستخدم تردد 500 ميغا هرتز. بفضل استخدام الأطوال الموجية في نطاق تيراهيرتز بفترة أقل من الفمتوثانية ، يشرح أحد أعضاء المجموعة البحثية ، البروفيسور فرانز كارتنر ، أنه كان من الممكن تقليل الحجم الكلي للهيكل بأكثر من 1000 مرة. من المتوقع أن يكون نطاق XFEL terahertz التجريبي ، المكون من وحدات تسريع منفصلة ، أقل من متر.

تولد ليزر الإلكترونات الحرة (FEL) ومضات من ضوء الليزر ، وترسل إلكترونات عالية السرعة من معجل الجسيمات على طول مسار الموجة ، ونتيجة لذلك تنبعث منها الضوء في كل مرة يتم فيها انحرافها. بالضبط نفس المبدأ سيتم استخدامه في الليزر " XFEL الأوروبي"يجري بناؤه اليوم كجزء من مشروع دولي بمشاركة DESY. ويذكر أن إجمالي طول الجسم سيتجاوز ثلاثة كيلومترات.

" بالتناسب مع انخفاض طول النبضة ، ستزداد ذروة قوتها ونشاطها. هذه النبضات القصيرة جدًا ستسمح لنا بالحصول على بيانات جديدة حول العمليات الكيميائية السريعة للغاية ، مثل تلك التي تحدث في عملية التمثيل الضوئي "، كما يقول Kertner.

لإنشاء نموذج أولي ، تم تطوير واستخدام وحدة تسريع مجهرية خاصة ، تعمل في نطاق إشعاع تيراهيرتز. تم إنشاء المسدس الإلكتروني المشارك في التجربة من قبل مجموعة CFEL تحت إشراف البروفيسور دواين ميللر ، عضو مدير معهد الهيكل وديناميكيات المادة التي سميت على اسم ماكس بلانك. يتم تسريع الإلكترونات التي تدخل المعجل بسبب طاقة موجات تيراهيرتز الإشعاعية التي يتردد صداها في غرفة المعجل.

إن الإنجاز الرئيسي للتطوير في المرحلة الحالية ، وفقًا للعلماء والمصممين ، هو عرض لقدرة العمل على الفكرة. تشرح آريا فلاحي ، المؤلفة المشاركة في CFEL ، التي أجرت الحسابات النظرية: "إن الزيادة في الطاقة التي تم الحصول عليها عن طريق تسريع 7 كيلو فولت (كيلو فولت إلكتروني) التي حصلنا عليها بالكاد يمكن وصفها بإنجاز مقنع ، لكن التجربة تظهر أن المبدأ يعمل حقًا في الواقع". "تؤكد النتائج التي تم الحصول عليها والنظرية أننا قادرون على تحقيق تدرج متدرج يصل إلى gigavolt للمتر الواحد" ... وهذا أكثر من عشرة أضعاف ما يمكن أن تحققه أفضل وحدات تسريع التشغيل.

ستسمح تقنية مسرع البلازما الأكثر تقدمًا ، والذي هو الآن في المرحلة التجريبية ، بالحصول على تسارعات أعلى ، ولكنها ستتطلب أشعة ليزر أقوى بكثير من تلك التي تستخدم النموذج الأولي تيراهيرتز.

الفيزيائيون واثقون من أن تقنيات terahertz ذات أهمية كبيرة من وجهة نظر المسرعات الخطية للمستقبل لاستخدامها في فيزياء الجسيمات ، كوسيلة لبناء أشعة أشعة سينية مدمجة وكمصادر إلكترونية تستخدم في البحث العلمي لفيزياء المواد والمعدات الطبية باستخدام الأشعة السينية والإلكترونية إشعاع.

في السنوات القادمة ، يخطط فريق CFEL في هامبورغ لبناء مختبر ليزر أشعة سينية تجريبي مجاني صغير الحجم (XFEL) باستخدام مبادئ تقنية "terahertz". يتم توفير دعم المشروع على مستوى مجلس البحوث الأوروبي.

إن فهم عمليات التمثيل الضوئي ، مع مراعاة البيانات التي تم الحصول عليها ، بدوره ، سيفتح إمكانية إنشاء نموذج اصطناعي فعال لهذه العملية وإيجاد طرق لتحويل الطاقة الشمسية بكفاءة أكبر وإنشاء تقنيات جديدة لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، يهتم الباحثون بدراسة التفاعلات الكيميائية الهامة الأخرى. وكما يشير كيرتنر ، "التمثيل الضوئي هو مجرد مثال واحد على العديد من العمليات الحفازة المحتملة التي نود التحقق منها." يمكن استخدام مسرع XFEL المدمج للتصوير الطبي المتقدم كمصدر أكثر تقدمًا للأشعة السينية. "

لمزيد من المعلومات حول دراسات المجموعة المشتركة من العلماء ومسرع terahertz المصغر ، انظر صفحة المنشور.

مقالاتنا الأخرى

• نظرة المستخدم العادية: Xiaomi Mi Wi-Fi Nano
• Bang & Olufsen Beolit ​​15: تحديث ناجح للكلاسيكيات
• Office Mouse Queen: مراجعة لوجيتك ماراثون M705
• Sony Walkman: المشي إلى بداية مشغلات الصوت المحمولة

Source: https://habr.com/ru/post/ar385353/