Ein funktionierender Prototyp eines Mikropartikel-Beschleunigermoduls mit einer Länge von 1,5 cm wurde erstellt
Willkommen auf den iCover- Blog- Seiten ! Es ist kaum zu glauben, aber ein Gerät mit einer Länge von 1,5 cm und einer Dicke von 1 mm kann tatsächlich als Modul eines Beschleunigers von Mikropartikeln im Terahertz-Bereich fungieren Wir werden in unserem Artikel beschreiben, was ein Miniaturbeschleuniger ist und welche Perspektiven seine Anwendung eröffnet.
Um die grundlegenden Eigenschaften von Partikeln auf subatomarer Ebene zu untersuchen, wurde der Large Hadron Collider (LHC) entwickelt. Bei aller Größe des Plans und den sich bietenden Perspektiven ist es jedoch zumindest in dieser Phase schwierig, die LHC-Fähigkeiten zu nutzen, um viele praktische Probleme zu lösen, die sich in der Medizin, in den Materialwissenschaften und in der Teilchenphysik angesammelt haben und Röntgenlaser bauen. Beschleuniger, die im Bereich zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung des elektromagnetischen Spektrums arbeiten, könnten helfen, diese zu beantworten.Eine internationale interdisziplinäre Gruppe von Wissenschaftlern schuf den ersten Prototyp eines modularen Miniatur-Teilchenbeschleunigers, der Terahertz-Strahlung anstelle von Hochfrequenzwellen verwendet. Ein aktives Beschleunigermodul hat eine Länge von nur 1,5 cm und eine Dicke von 1 mm. An der Entwicklung nahmen Spezialisten von DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), CFEL (Zentrum für Freie-Elektronen-Laser-Wissenschaft), der Massachusetts University of Technology und dem Institut für Struktur und Dynamik der Materie teil. Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie.Die meisten vorhandenen Linearwellenbeschleuniger arbeiten mit elektromagnetischer Strahlung im Hochfrequenzbereich. So zum Beispiel der PETRA III-BeschleunigerDie bei DESY erstellte 2,3 km lange Frequenz verwendet eine Frequenz von 500 Megahertz. Dank der Verwendung von Wellenlängen im Terahertz-Bereich mit einer Periode von weniger als einer Femtosekunde, erklärt ein Mitglied der Forschungsgruppe, Professor Franz Kartner, konnte die Gesamtgröße der Struktur um mehr als das 1000-fache reduziert werden. Ein experimenteller XFEL-Terahertz-Bereich, der aus separaten Beschleunigermodulen besteht, wird voraussichtlich weniger als einen Meter betragen.Freie Elektronenlaser (FEL) erzeugen Laserlichtblitze und senden Hochgeschwindigkeitselektronen vom Teilchenbeschleuniger entlang eines Wellenwegs aus, wodurch sie bei jeder Ablenkung Licht emittieren. Genau das gleiche Prinzip wird beim Laser " European XFEL " angewendet"Es wird heute im Rahmen eines internationalen Projekts unter Beteiligung von DESY gebaut. Es wird berichtet, dass die Gesamtlänge des Objekts drei Kilometer überschreiten wird." Im Verhältnis zur Verringerung der Länge des Impulses werden seine Spitzenleistung und Aktivität zunehmen. Mit diesen sehr kurzen Impulsen können wir neue Daten zu extrem schnellen chemischen Prozessen erhalten, wie sie beispielsweise bei der Photosynthese stattfinden ", sagt Kertner.Zur Erstellung eines Prototyps wurde ein spezielles mikroskopisches Beschleunigungsmodul entwickelt und verwendet, das im Terahertz-Bereich arbeitet. Die an dem Experiment teilnehmende Elektronenkanone wurde von der CFEL-Gruppe unter der Leitung von Professor Duane Miller, einem Mitglied des nach ihm benannten Direktors des Instituts für Struktur und Dynamik der Materie, hergestellt Max Planck. In den Beschleuniger eintretende Elektronen werden aufgrund der Energie von Terahertz-Strahlungswellen, die in der Beschleunigerkammer schwingen, beschleunigt.Die wichtigste Errungenschaft der Entwicklung in der gegenwärtigen Phase ist nach Ansicht von Wissenschaftlern und Designern eine Demonstration der Arbeitsfähigkeit der Idee. „Der von uns erzielte Energiegewinn durch Beschleunigung von 7 keV (Kiloelektronenvolt) kann kaum als überzeugende Leistung bezeichnet werden, aber das Experiment zeigt, dass das Prinzip in der Praxis wirklich funktioniert“, erklärt CFEL-Co-Autor Arya Fallahi, der theoretische Berechnungen durchführte. „Die erzielten Ergebnisse und die Theorie bestätigen, dass wir einen Beschleunigungsgradienten von bis zu einem Gigavolt pro Meter erreichen können.“ ... Dies ist mehr als das Zehnfache dessen, was die besten Beschleunigungsmodule leisten können.Die Technologie eines fortschrittlicheren Plasmabeschleunigers, der sich derzeit im experimentellen Stadium befindet, wird es ermöglichen, noch höhere Beschleunigungen zu erzielen, erfordert jedoch wesentlich leistungsstärkere Laser als diejenigen, die den Terahertz-Prototyp verwenden.Die Physiker sind zuversichtlich, dass Terahertz-Technologien aus Sicht der Linearbeschleuniger der Zukunft für den Einsatz in der Teilchenphysik, als Mittel zum Aufbau kompakter Röntgenlaser und als Elektronenquellen für die wissenschaftliche Erforschung der Materialphysik, medizinischer Geräte mit Röntgenstrahlen und elektronischer Daten von großem Interesse sind Strahlung.In den kommenden Jahren plant das CFEL-Team in Hamburg den Bau eines kompakten experimentellen Röntgenlasers für freie Elektronen im Labor (XFEL) nach den Prinzipien der Terahertz-Technologie. Die Projektunterstützung erfolgt auf Ebene des Europäischen Forschungsrats.Das Verständnis der Photosyntheseprozesse unter Berücksichtigung der erhaltenen Daten eröffnet wiederum die Möglichkeit, ein effektives künstliches Modell dieses Prozesses zu erstellen und Wege zu finden, um Sonnenenergie effizienter umzuwandeln und neue Technologien zur Reduzierung der CO2-Emissionen zu entwickeln. Darüber hinaus sind Forscher daran interessiert, andere wichtige chemische Reaktionen zu untersuchen. Wie Kertner betont, "ist die Photosynthese nur ein Beispiel für die vielen möglichen katalytischen Prozesse, die wir untersuchen möchten." Der kompakte XFEL-Beschleuniger kann für die fortschrittliche medizinische Bildgebung als fortschrittlichere Röntgenquelle verwendet werden. “Weitere Informationen zu den Studien der gemeinsamen Gruppe von Wissenschaftlern und des Miniatur-Terahertz-Beschleunigers finden Sie auf der Veröffentlichungsseite.Unsere anderen Artikel Source: https://habr.com/ru/post/de385353/
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