科学家们建造了能够回收能量的微型双粒子加速器

时间:2020-04-14 17:58 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家们建造了能够回收能量的微型双粒子加速器

证明的概念级联太赫兹加速器使用长脉冲。

DESY的一组科学家已经建造了一个小型的双粒子加速器,它可以回收部分注入系统的激光能量,以再次提高加速电子的能量。该设备使用的是窄带太赫兹辐射,介于红外和无线电频率之间,一个加速管只有1.5厘米长,直径只有0.79毫米。来自DESY自由电子激光科学中心(CFEL)的张东方和他的同事们在《物理评论X》杂志上展示了他们的实验加速器。

由于太赫兹辐射的短波长,该装置的微型尺寸是可能的。基于太赫兹的加速器已经成为下一代紧凑型电子源的有希望的候选者。DESY的首席科学家、制造该设备的CFEL小组的负责人Franz k&rtner解释道。科学家们之前已经成功地用太赫兹加速器做过实验,这可能会使大型粒子加速器不可行或没有必要的应用成为可能。然而,这项技术仍处于早期阶段,而且实验用太赫兹脉冲与电子之间的相互作用段相对较短,限制了实验用太赫兹加速器的性能。说Kä研制。

对于这个新装置,研究小组使用了一个包含许多太赫兹波周期的更长的脉冲。这种多循环脉冲显著地扩展了与粒子的相互作用部分。我们将多周期太赫兹脉冲输入到内衬介电材料的波导中。张先生说。在波导中,脉冲的速度降低了。一束电子被射入波导的中心部分,刚好及时地与脉冲一起移动。该方案将太赫兹脉冲与电子束的相互作用区域扩大到厘米范围内。与早期几毫米的实验结果相比,张报告。

该装置在实验室中并没有产生很大的加速度。然而,研究小组可以通过证明电子在波导中获得能量来证明这一概念。这是一个概念的证明。electrons’能量从55增加到56.5千电子伏特。张先生说。用更强的激光产生太赫兹脉冲可以获得更强的加速度。

这种装置主要是为非相对论体系设计的,这意味着电子的速度并不接近光速。有趣的是,这种机制使太赫兹脉冲的循环可以达到第二阶段的加速。太赫兹脉冲一旦离开波导并进入真空,它的速度就会恢复到光速。张先生解释道。这意味着,脉冲会在几厘米内超过慢电子束。我们在电子与太赫兹脉冲一起进入的正确距离放置了第二个波导,太赫兹脉冲再次被波导减慢。通过这种方式,我们生成了第二个交互部分,增强了电子元件;能量进一步.”

在实验室实验中,只有一小部分太赫兹脉冲可以通过这种方式循环利用。但实验表明,回收在原则上是可行的,张相信回收的比例可以大幅度提高。尼古拉斯?Matlis资深科学家和项目的组长CFEL集团强调:“没有,我们级联方案将大大降低需求所需的激光系统相对论电子加速的政权,可能引发新的.&rdquo terahertz-based加速器的设计;

这项工作由CFEL的EU Synergy Grant AXSIS(阿秒x射线科学前沿:成像和光谱学)资助。CFEL是DESY、汉堡大学和马克斯·普朗克学会的合资企业。

参考文献:级联多环太赫兹驱动超快电子加速与控制作者:张东方,Moein Fakhari, Huseyin Cankaya, Anne-Laure Calendron, Nicholas H. Matlis和Franz X. k&rtner, 2020年3月19日,《物理评论》X。

DOI: 10.1103 / PhysRevX.10.011067

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