Un prototype fonctionnel d'un module accélérateur de microparticules d'une longueur de 1,5 cm a été créé
Bienvenue sur les pages du blog iCover ! C'est difficile à croire, mais un appareil d'une longueur de 1,5 cm et d'une épaisseur de 1 mm peut vraiment servir de module d'un accélérateur de microparticules de la gamme térahertz Nous décrirons ce qu'est un accélérateur miniature et quelles perspectives son application ouvrira dans notre article.
Pour étudier les propriétés fondamentales des particules au niveau subatomique, le Large Hadron Collider (LHC) a été créé. Mais avec toute la grandeur du plan et les perspectives d'ouverture, il est difficile d'utiliser les capacités du LHC, au moins à ce stade, pour résoudre de nombreux problèmes pratiques qui se sont accumulés en médecine, en science des matériaux, en physique des particules, en créant des lasers à rayons X pour la construction. Des accélérateurs fonctionnant dans la plage entre le rayonnement infrarouge et micro-ondes du spectre électromagnétique pourraient aider à y répondre.Un groupe interdisciplinaire international de scientifiques a créé le premier prototype d'un accélérateur de particules modulaire miniature qui utilise le rayonnement térahertz au lieu des ondes radioélectriques. Un module accélérateur actif a une longueur de seulement 1,5 cm et une épaisseur de 1 mm. Le développement a été suivi par des spécialistes de DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), CFEL (Center for Free-Electron Laser Science), Massachusetts University of Technology et Institute of Structure and Dynamics of Matter. Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière.La plupart des accélérateurs d'ondes linéaires existants fonctionnent avec un rayonnement électromagnétique dans la gamme des fréquences radio. Ainsi, par exemple, l' accélérateur PETRA III, Longue de 2,3 km, créée à DESY utilise une fréquence de 500 mégahertz. Grâce à l'utilisation de longueurs d'onde dans la gamme térahertz avec une période inférieure à une femtoseconde, explique un membre du groupe de recherche, le professeur Franz Kartner, il a été possible de réduire la taille globale de la structure de plus de 1000 fois. Un XFEL expérimental de la gamme térahertz, composé de modules accélérateurs séparés, devrait être inférieur à un mètre.Les lasers à électrons libres (FEL) génèrent des éclairs de lumière laser, envoyant des électrons à grande vitesse de l'accélérateur de particules le long d'un trajet d'onde, à la suite de quoi ils émettent de la lumière chaque fois qu'ils sont déviés. Exactement le même principe sera utilisé dans le laser " European XFEL"en cours de construction aujourd'hui dans le cadre d'un projet international avec la participation de DESY. Il est rapporté que la longueur totale de l'objet dépassera trois kilomètres." En proportion de la diminution de la durée de l'impulsion, sa puissance de pointe et son activité augmenteront. Ces impulsions très courtes nous permettront d'obtenir de nouvelles données sur les processus chimiques extrêmement rapides, tels que ceux qui ont lieu lors de la photosynthèse », explique Kertner.Pour créer un prototype, un module accélérateur microscopique spécial a été développé et utilisé, fonctionnant dans la gamme de rayonnement térahertz. Le canon à électrons participant à l'expérience a été créé par le groupe CFEL sous la direction du professeur Dwayne Miller, membre du directeur de l'Institut de structure et de dynamique de la matière nommé d'après Max Planck. Les électrons entrant dans l'accélérateur sont accélérés en raison de l'énergie des ondes de rayonnement térahertz résonnant dans la chambre de l'accélérateur.La principale réalisation du développement au stade actuel, selon les scientifiques et les concepteurs, est une démonstration de la capacité de travail de l'idée. "Le gain d'énergie obtenu par une accélération de 7 keV (kiloélectron-volts) obtenu par nous ne peut guère être qualifié de réalisation convaincante, mais l'expérience montre que le principe fonctionne vraiment dans la pratique", explique Arya Fallahi, co-auteur du CFEL, qui a effectué des calculs théoriques. «Les résultats obtenus et la théorie confirment que nous sommes en mesure d'atteindre un gradient d'accélération allant jusqu'à un gigavolt par mètre» ... C'est plus de dix fois plus que ce dont sont capables les meilleurs modules accélérateurs en fonctionnement.La technologie d'un accélérateur à plasma plus avancé, actuellement au stade expérimental, permettra d'obtenir des accélérations encore plus élevées, mais elle nécessitera des lasers nettement plus puissants que ceux utilisant le prototype térahertz.Les physiciens sont convaincus que les technologies térahertz sont d'un grand intérêt du point de vue des accélérateurs linéaires du futur pour une utilisation en physique des particules, comme moyen de construire des lasers à rayons X compacts et comme sources d'électrons utilisées dans la recherche scientifique en physique des matériaux, équipements médicaux utilisant les rayons X et l'électronique radiation.Dans les années à venir, l'équipe CFEL de Hambourg prévoit de construire un laser à rayons X de laboratoire à électrons libres (XFEL) compact et expérimental utilisant les principes de la technologie «térahertz». Le soutien au projet est assuré au niveau du Conseil européen de la recherche.Comprendre les processus de la photosynthèse, en tenant compte des données obtenues, ouvrira à son tour la possibilité de créer un modèle artificiel efficace de ce processus et de trouver des moyens de convertir plus efficacement l'énergie solaire et de créer de nouvelles technologies pour réduire les émissions de CO2. De plus, les chercheurs sont intéressés à étudier d'autres réactions chimiques importantes. Comme le souligne Kertner, "la photosynthèse n'est qu'un exemple des nombreux processus catalytiques possibles que nous aimerions étudier." L'accélérateur compact XFEL peut être utilisé pour l'imagerie médicale avancée comme source plus avancée de rayons X. »Pour plus d'informations sur les études du groupe conjoint de scientifiques et l'accélérateur miniature térahertz, voir la page de publication.Nos autres articles Source: https://habr.com/ru/post/fr385353/
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