Лазерный мир

По словам ученых, этого достаточно для создания рентгеновских лазеров и высококачественных источников синхротронного излучения, пригодных для проведения любых исследований

Физики выяснили, что так называемые «кильватерные» ускорители частиц можно приспособить для выработки около миллиона пучков заряженных частиц в секунду, что позволяет использовать их для создания компактных и мощных рентгеновских лазеров. Об этом сообщила пресс-служба Немецкого синхротронного центра (DESY).

«Наши опыты на установке FLASHForward показали, что «кильватерные» ускорители частиц способны вырабатывать пучки заряженных частиц с частотой порядка нескольких мегагерц. Это на пять-шесть порядков выше, чем удавалось достичь в других экспериментах по использованию подобной формы ускорения», — заявил научный сотрудник DESY Йенс Остерхофф, чьи слова приводит пресс-служба центра.

В последние годы российские и зарубежные ученые активно разрабатывают идею так называемого кильватерного ускорения частиц. Она заключается в том, что облака плазмы можно использовать для сверхбыстрого ускорения заряженных частиц, если ударить по ним несколькими пучками электронов или протонов через четко выверенный промежуток времени.

В результате этого возникнет своеобразная кильватерная волна, гигантская разница в электрическом потенциале между соседними частями плазменного облака, которая будет ускорять заряженные частицы в тысячи раз быстрее, чем сверхпроводящие магниты в главном кольце Большого адронного коллайдера. В последние годы реализовано несколько успешных демонстраций того, что кильватерное ускорение работает, в том числе в рамках эксперимента AWAKE на БАК.

Ускорение ускорителя частиц

Остерхофф и его коллеги заинтересовались тем, насколько быстро подобные установки могут вырабатывать пучки заряженных частиц, что критически важно для создания лазеров и синхротронных источников излучения на их базе. В прошлом многие ученые сомневались в возможности применения «кильватерных» ускорителей для этих целей из-за того, что разница потенциалов в облаке плазмы быстро падает с течением времени.

Немецкие физики и их коллеги из других европейских стран опровергли это предположение в ходе экспериментов на установке FLASHForward, построенной в 2018 году на площадке Немецкого синхротронного центра в Гамбурге для изучения перспектив использования «кильватерных» ускорительных частиц. В ходе этих опытов Остерхофф и его коллеги проследили за тем, как быстро плазма восстанавливается после взаимодействий с каждым пучком электронов, что происходит при выработке новых порций ускоренных частиц.

Для получения этих сведений ученые соединили FLASHForward с источником электронов, который мог вырабатывать пучки разогнанных частиц каждые несколько наносекунд. Эти опыты указали на то, что процесс восстановления облака из плазмы занимает относительно небольшое время, около 70 наносекунд. Это позволяет использовать «кильватерные» ускорители частиц для выработки импульсов с частотой до 14,29 мегагерц.

По словам ученых, этого вполне достаточно для создания рентгеновских лазеров и высококачественных источников синхротронного излучения, пригодных для проведения любых исследований. Остерхофф и его коллеги надеются, что проведенные ими опыты ускорят разработку подобных источников излучения, которые будут очень компактными по сравнению с уже существующими установками такого рода, а также будут обладать многими другими преимуществами.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/13936701