Foi criado um protótipo de um módulo acelerador de micropartículas com 1,5 cm de comprimento
Bem-vindo às páginas do blog iCover ! É difícil de acreditar, mas um dispositivo com 1,5 cm de comprimento e 1 mm de espessura pode realmente atuar como um módulo de um acelerador de micropartículas na faixa de terahertz Vamos descrever o que é um acelerador em miniatura e quais perspectivas sua aplicação abrirá em nosso artigo.
Para estudar as propriedades fundamentais das partículas no nível subatômico, foi criado o Large Hadron Collider (LHC). Mas com toda a grandeza do plano e as perspectivas de abertura, é difícil aplicar os recursos do LHC, pelo menos nesta fase, na solução de muitos problemas práticos que se acumularam na medicina, ciência dos materiais, física de partículas, criando lasers de raios-X em construção. Aceleradores que trabalham na faixa entre radiação infravermelha e de microondas do espectro eletromagnético podem ajudar a respondê-las.Um grupo interdisciplinar internacional de cientistas criou o primeiro protótipo de um acelerador de partículas modular em miniatura que usa radiação terahertz em vez de ondas de radiofrequência. Um módulo acelerador ativo tem apenas 1,5 cm de comprimento e 1 mm de espessura. O desenvolvimento contou com a participação de especialistas do DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), do CFEL (Centro de Ciência a Laser de Elétron Livre), da Universidade de Tecnologia de Massachusetts e do Instituto de Estrutura e Dinâmica da Matéria. Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria.A maioria dos aceleradores de ondas lineares existentes opera com radiação eletromagnética na faixa de radiofrequência. Então, por exemplo, o acelerador PETRA III, Com 2,3 km de comprimento, criado na DESY, usa uma frequência de 500 megahertz. Graças ao uso de comprimentos de onda na faixa de terahertz com um período inferior a um femtossegundo, explica um membro do grupo de pesquisa, professor Franz Kartner, foi possível reduzir o tamanho geral da estrutura em mais de 1000 vezes. Espera-se que uma faixa experimental de XFEL terahertz, composta por módulos aceleradores separados, seja inferior a um metro.Lasers de elétrons livres (FEL) geram flashes de luz laser, enviando elétrons de alta velocidade do acelerador de partículas ao longo de um caminho de onda, como resultado do qual eles emitem luz toda vez que são desviados. Exatamente o mesmo princípio será usado no laser " European XFEL"sendo construído hoje como parte de um projeto internacional com a participação da DESY. É relatado que o comprimento total do objeto excederá três quilômetros." Proporcionalmente à diminuição do comprimento do pulso, seu pico de potência e atividade aumentarão. Esses pulsos muito curtos nos permitirão obter novos dados sobre processos químicos extremamente rápidos, como os que ocorrem na fotossíntese ", diz Kertner.Para criar um protótipo, um módulo acelerador microscópico especial foi desenvolvido e utilizado, operando na faixa de radiação terahertz. A pistola de elétrons que participou do experimento foi criada pelo grupo CFEL, sob a orientação do professor Duane Miller, membro do diretor do Instituto de Estrutura e Dinâmica da Matéria em homenagem a Max Planck. Os elétrons que entram no acelerador são acelerados devido à energia das ondas de radiação terahertz que ressoam na câmara do acelerador.A principal conquista do desenvolvimento no estágio atual, segundo cientistas e designers, é uma demonstração da capacidade de trabalho da ideia. "O ganho de energia obtido pela aceleração de 7 keV (quiloelétron-volts) obtido por nós dificilmente pode ser chamado de conquista convincente, mas o experimento mostra que o princípio realmente funciona na prática", explica Arya Fallahi, coautora do CFEL, que realizou cálculos teóricos. “Os resultados obtidos e a teoria confirmam que somos capazes de atingir um gradiente de aceleração de até um gigavolt por metro” ... Isso é mais de dez vezes mais do que os melhores módulos aceleradores operacionais.A tecnologia de um acelerador de plasma mais avançado, que agora está em fase experimental, permitirá obter acelerações ainda mais altas, mas exigirá lasers significativamente mais poderosos do que aqueles que usam o protótipo terahertz.Os físicos estão confiantes de que a tecnologia terahertz é de grande interesse do ponto de vista dos aceleradores lineares do futuro para uso em física de partículas, como meio de construir lasers compactos de raios-X e como fontes de elétrons usadas em pesquisas científicas em física de materiais, equipamentos médicos usando raios-X e eletrônicos radiação.Nos próximos anos, a equipe do CFEL em Hamburgo planeja construir um laser de raios-X de laboratório experimental de elétrons livres compacto (XFEL) usando os princípios da tecnologia "terahertz". O apoio ao projeto é fornecido ao nível do Conselho Europeu de Pesquisa.A compreensão dos processos de fotossíntese, levando em consideração os dados obtidos, por sua vez, abrirá a possibilidade de criar um modelo artificial eficaz desse processo e encontrar maneiras de converter com mais eficiência a energia solar e criar novas tecnologias para reduzir as emissões de CO2. Além disso, os pesquisadores estão interessados em estudar outras importantes reações químicas. Como Kertner ressalta, "a fotossíntese é apenas um exemplo dos muitos processos catalíticos possíveis que gostaríamos de investigar". O compacto acelerador XFEL pode ser usado para imagens médicas avançadas como uma melhor fonte de raios-X. ”Para mais informações sobre os estudos do grupo conjunto de cientistas e o acelerador terahertz em miniatura, consulte a página da publicação.Nossos outros artigos Source: https://habr.com/ru/post/pt385353/
All Articles