html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Настольный ускоритель элементарных частиц открывает новую страницу в истории науки

Автор: Андрей Васильков 21 июня 2013

В университете штата Техас в Остине создан ускоритель элементарных частиц, умещающийся на лабораторном столе. По сравнению с аналогами линейного типа его габариты удалось сократить примерно в десять тысяч раз.

В ходе первого теста около полумиллиарда электронов были разогнаны до энергии порядка 2 ГэВ на дистанции пробега всего в дюйм. Ранее такой показатель энергии пучка достигался только в дорогостоящих установках длиной в сотни метров. Конечно, это не Большой адронный и не Международный линейный коллайдеры, но для многих практических приложений их колоссальная мощь и широта выбора типа частиц не требуются.

В дальнейшем на базе этого ускорителя планируется разработать настольный рентгеновский лазер на свободных электронах (X-ray Free-Electron Laser – XFEL). Такие установки пока есть или только строятся в крупнейших исследовательских центрах. Например, общая протяжённость тоннелей создаваемого в центре DESY (Гамбург) XFEL составит около шести километров.

Один из самых компактных рентгеновских лазеров на свободных электронах - SACLA (фото: RIKEN)

Один из самых компактных рентгеновских лазеров на свободных электронах — SACLA (фото: RIKEN)

Химики и биологи в порядке международного сотрудничества занимают очередь к таким установка на месяцы и годы вперёд, чтобы изучить различные процессы на молекулярном уровне.

Сложность в том, что большинство из них протекает за доли секунды, поэтому при других методах наблюдения банально не хватает экспозиции. С менее мощными источниками света (в широком смысле) удаётся обнаружить только конечные продукты реакции и лишь по косвенным данным выносить предположения о характере протекания промежуточных стадий.

Рентгеновский лазер на свободных электронах обладает достаточной светимостью, чтобы зафиксировать все стадии быстро протекающих реакций с фемтосекундной точностью. Появление такого инструмента в компактном исполнении окажет огромное влияние на развитие многих современных наук, включая молекулярную биологию.

Для создания настольного ускорителя с большей энергией пучка или компактного XFEL требуется решить практически один и тот же комплекс технических задач. Поэтому здесь одним выстрелом можно убить двух довольно крупных зайцев.

В установке, созданной под руководством профессора физики Майка Даунера (Mike Downer), генерация быстрых электронов происходит за счёт метода, известного как лазерно-плазменное ускорение.

В двух словах он сводится к созданию краткого, но интенсивного лазерного импульса, направленного в облако газа заданной плотности. Точно рассчитанной величиной импульса лазера газ ионизируется, переходя в состояние плазмы. При этом возникают неоднородности в её структуре: свободные электроны отделяются от ионного фона и ускоряются вдоль направления движения лазерного луча.

Устройство камеры ускорителя. Лазерный импульс попадает справа, ионизируя газ в центре камеры. Кильватерное ускорение электронов происходит на расстоянии около дюйма (фото: The University of Texas at Austin)

Устройство камеры ускорителя. Лазерный импульс попадает справа, ионизируя газ в центре камеры. Кильватерное ускорение электронов происходит на расстоянии около дюйма (фото: The University of Texas at Austin)

Авторы исследования поясняют этот процесс на примере аналогии с каплями воды. «Представьте, что на поверхность озера бросили моторную лодку с включённым двигателем, – пишет Даунер. – Сначала вода вспенится у винта и отдельные капли разгонятся до высоких скоростей. Затем пойдёт волна, увлекая за собой их большую часть. Дойдя до берега, они всё ещё будут обладать значительной энергией. Примерно это и происходит в нашей установке. Роль лодочного мотора выполняет лазер, а поверхность озера подобна газу, в котором импульс вызывает перечисленные изменения». Короткий лазерный импульс порождает в плазме волны плотности заряда. В этих кильватерных плазменных волнах и происходит ускорение электронов.

Метод лазерно-плазменного ускорения электронов был впервые предложен в конце семидесятых физиками Тосики Тадзимой и Джоном Доусоном. У нас это направление развивалось преимущественно в Институте физических проблем им. П.Л. Капицы Российской академии наук.

Первые опыты начались в конце восьмидесятых, но из-за ограничений лазерной техники того времени долго не удавалось преодолеть рубеж в 1 ГэВ даже на крупных и исключительно дорогих экспериментальных установках. Только спустя тридцать с лишним лет после первого описания метода его удалось воплотить в виде компактного ускорителя.

Группа из университета штата Техас в Остине использовала лазер петаваттного класса. Это позволило уменьшить требуемую плотность газа и на порядки уменьшить габариты всей системы. Ещё недавно такие лазеры были единичными, но сейчас уже производятся десятками в год и продаются многими компаниями, готовыми модифицировать их согласно требованиям заказчика.

Профессор Даунер считает, что его группе по силам увеличить мощность ускорителя в разы. Через пять лет коллектив учёных собирается представить модель с энергией пучка 10 ГэВ без существенного увеличения габаритов и даже планирует достичь рубежа в 20 ГэВ через десять лет, сохранив компактные размеры.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с computerra.ru

4

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • computerra.ru
          • домен computerra.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции