Se creó un prototipo funcional de un módulo acelerador de micropartículas con una longitud de 1,5 cm.
¡Bienvenido a las páginas del blog de iCover ! Es difícil de creer, pero un dispositivo con una longitud de 1,5 cm y un grosor de 1 mm realmente puede actuar como un módulo de un acelerador de micropartículas en el rango de terahercios. Describiremos qué es un acelerador en miniatura y qué perspectivas abrirá su aplicación en nuestro artículo.
Para estudiar las propiedades fundamentales de las partículas a nivel subatómico, se creó el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Pero con toda la grandeza del plan y las perspectivas iniciales, es difícil aplicar las capacidades del LHC, al menos en esta etapa, para resolver muchos problemas prácticos que se han acumulado en medicina, ciencia de los materiales, física de partículas y crear láseres de rayos X para la construcción. Los aceleradores que trabajan en el rango entre la radiación infrarroja y de microondas del espectro electromagnético podrían ayudar a responderlos.Un grupo internacional de científicos interdisciplinarios creó el primer prototipo de un acelerador de partículas modular en miniatura que usa radiación de terahercios en lugar de ondas de radiofrecuencia. Un módulo acelerador activo tiene una longitud de solo 1,5 cm y un grosor de 1 mm. El desarrollo contó con la presencia de especialistas de DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), CFEL (Centro de Ciencia de Láser Libre de Electrones), la Universidad Tecnológica de Massachusetts y el Instituto de Estructura y Dinámica de la Materia. Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia.La mayoría de los aceleradores de onda lineal existentes funcionan con radiación electromagnética en el rango de radiofrecuencia. Entonces, por ejemplo, el acelerador PETRA III, De 2,3 km de largo, creada en DESY utiliza una frecuencia de 500 megahercios. Gracias al uso de longitudes de onda en el rango de terahercios con un período de menos de un femtosegundo, explica un miembro del grupo de investigación, el profesor Franz Kartner, fue posible reducir el tamaño total de la estructura en más de 1000 veces. Se espera que un XFEL experimental del rango de terahercios, que consta de módulos de acelerador separados, sea inferior a un metro.Los láseres de electrones libres (FEL) generan destellos de luz láser, enviando electrones de alta velocidad desde el acelerador de partículas a lo largo de una trayectoria de onda, como resultado de lo cual emiten luz cada vez que se desvían. Se utilizará exactamente el mismo principio en el láser " European XFEL"que se está construyendo hoy como parte de un proyecto internacional con DESY. Se informa que la longitud total del objeto excederá los tres kilómetros" . En proporción a la disminución en la longitud del pulso, su potencia máxima y su actividad aumentarán. Estos pulsos muy cortos nos permitirán obtener nuevos datos sobre procesos químicos extremadamente rápidos, como los que tienen lugar en la fotosíntesis ", dice Kertner.Para crear un prototipo, se desarrolló y usó un módulo acelerador microscópico especial, que opera en el rango de terahercios. El cañón de electrones que participó en el experimento fue creado por el grupo CFEL bajo la guía del profesor Dwayne Miller, miembro del Director del Instituto de Estructura y Dinámica de la Materia que lleva el nombre Max Planck. Los electrones que entran al acelerador se aceleran debido a la energía de las ondas de radiación de terahercios que resuenan en la cámara del acelerador.El principal logro del desarrollo en la etapa actual, según los científicos y diseñadores, es una demostración de la capacidad de trabajo de la idea. "La ganancia de energía obtenida por la aceleración de 7 keV (kiloelectron-voltios) obtenida por nosotros difícilmente puede llamarse un logro convincente, pero el experimento muestra que el principio realmente funciona en la práctica", explica la coautora de CFEL, Arya Fallahi, quien realizó cálculos teóricos. "Los resultados obtenidos y la teoría confirman que somos capaces de lograr un gradiente de aceleración de hasta un gigavoltio por metro" ... Esto es más de diez veces más de lo que son capaces de hacer los mejores módulos de aceleración operativa.La tecnología de un acelerador de plasma más avanzado, que ahora se encuentra en la etapa experimental, permitirá obtener aceleraciones aún mayores, pero requerirá láseres significativamente más potentes que los que usan el prototipo de terahercios.Los físicos confían en que las tecnologías de terahercios son de gran interés desde el punto de vista de los aceleradores lineales del futuro para su uso en física de partículas, como un medio para construir láseres de rayos X compactos y como fuentes de electrones utilizados en la investigación científica de la física de materiales, equipos médicos que usan rayos X y dispositivos electrónicos. radiación.En los próximos años, el equipo de CFEL en Hamburgo planea construir un láser de rayos X de laboratorio de electrones libres (XFEL) compacto y experimental utilizando los principios de la tecnología "terahercios". El apoyo al proyecto se proporciona a nivel del Consejo Europeo de Investigación.La comprensión de los procesos de fotosíntesis, teniendo en cuenta los datos obtenidos, a su vez, abrirá la posibilidad de crear un modelo artificial efectivo de este proceso y encontrar formas de convertir más eficientemente la energía solar y crear nuevas tecnologías para reducir las emisiones de CO2. Además, los investigadores están interesados en estudiar otras reacciones químicas importantes. Como señala Kertner, "la fotosíntesis es solo un ejemplo de los muchos procesos catalíticos posibles que nos gustaría investigar". El acelerador XFEL compacto se puede utilizar para imágenes médicas avanzadas como una fuente más avanzada de rayos X ”.Para obtener más información sobre los estudios del grupo conjunto de científicos y el acelerador de terahercios en miniatura, consulte la página de publicación.Nuestros otros articulos Source: https://habr.com/ru/post/es385353/
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