技术装备 > 电子加速器 > 正文

SLAC利用太赫兹辐射增强粒子能量 使粒子加速器缩小10倍

太赫兹 SLAC 粒子加速器
发布:2020-09-24 16:05:53     来源:DOE / SLAC国家加速器实验室

SLAC的科学家已经发明了一种铜加速器结构,可以使未来的X射线激光器和用于放射治疗的加速器更加紧凑。它将太赫兹辐射馈送到一个微小的腔体中,以将粒子增强为巨大的能量。此图显示了结构的一半,空腔在圆圈区域中。插图:腔的一部分的扫描电子显微镜图像,该腔的长度为3.5毫米,最窄点为280微米。

来源:Chris Pearson / Emilio Nanni / SLAC国家加速器实验室

粒子加速器产生高能量的电子,质子和离子束,用于各种应用,包括对自然亚原子成分发光的粒子对撞机,在化学反应过程中成膜原子和分子的X射线激光以及用于治疗癌症的医疗设备。

根据经验,加速器越长,功能越强大。现在,由能源部SLAC国家加速器实验室的科学家领导的一个团队发明了一种新型的加速器结构,该结构在给定的距离内能提供的能量增益是传统方法的10倍。这可以使给定应用程序中使用的加速器缩短10倍。

最近在《应用物理快报》上发表的一篇文章中描述了该技术背后的关键思想,即使用太赫兹辐射来增强粒子能量。

在当今的加速器中,粒子从射频(RF)场中汲取能量,将其馈入特定形状的加速器结构或空腔中。每个腔在给定的距离内只能提供有限的能量提升,因此需要非常长的腔串才能产生高能束。

太赫兹和无线电波都是电磁辐射。它们各自的波长不同。因为太赫兹波比无线电波短10倍,所以太赫兹加速器中的空腔也可以小得多。实际上,这项研究中发明的只有0.2英寸长。

制造这些微小的腔体结构的主要挑战是对其进行非常精确的加工。在过去的几年中,SLAC团队开发了一种方法来做到这一点。他们没有使用传统的将多层铜彼此堆叠的方法,而是通过加工两半并将它们粘合在一起来构建微小的结构。

这种新结构还产生了比传统铜结构短的粒子脉冲一千倍的粒子脉冲,该粒子脉冲可用于产生在给定时间段内以更高速率发射并释放出更多功率的光束。

接下来,研究人员正计划将本发明转变为电子枪-一种可以为发现科学产生令人难以置信的明亮电子束的设备,其中包括下一代X射线激光和电子显微镜,它们可以使我们实时了解如何自然在原子水平上起作用。这些光束也可以用于癌症治疗。

实现这一潜力还需要进一步开发太赫兹辐射源,并将其与先进的加速器集成在一起,例如本研究中所述的那种。由于太赫兹辐射具有如此短的波长,因此其来源特别难以开发,并且目前几乎没有可用的技术。SLAC的研究人员正在追求产生电子束和基于激光的太赫兹,以提供将加速器研究转化为未来实际应用所需的高峰值功率。

该项目由SLAC的Mohamed Othman和Emilio Nanni领导。该加速器结构是在SLAC设计和制造的,并使用了麻省理工学院的特殊太赫兹辐射源进行了测试。其他捐款来自意大利国家核物理研究所(INFN)。该项目由美国能源部科学办公室资助,包括美国能源部科学办公室早期职业研究计划奖(授予南尼)和美国国家科学基金会。

SLAC是一个充满活力的多程序实验室,它探索宇宙如何以最大,最小和最快的规模运转,并发明了全球科学家使用的强大工具。我们的研究涉及粒子物理学,天体物理学和宇宙学,材料,化学,生物和能源科学以及科学计算,我们帮助解决现实世界中的问题并增进了国家利益。

SLAC由斯坦福大学为美国能源部科学办公室运营。科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者,并且正在努力应对当今时代最紧迫的挑战。

推荐阅读

​太赫兹辐射可以帮助最小化和放大粒子加速器

美国能源部SLAC国家加速器实验室的一组科学家发明了一种新型的粒子加速器,在给定的距离内,其能量增益是当前加速器的10倍。这可能使用于特定的应用1 10加速器日今天的机器的长度。 2020-09-30

走近粒子加速器

黑洞首张照片的发布,在全球范围内引起巨大轰动。“黑洞是什么?黑洞里面有什么?我们可不可以制造一个人工黑洞?”对于前两个问题,目前在科学研究领域存在许多争议。 2020-01-13

新的激光技术造就功能更强大的粒子加速器

通过观察已被加速到极高能量的电子,科学家们能够解开有关组成我们宇宙的粒子的线索。 2020-04-10

欧洲核研究组织计划建世界最大粒子加速器

拥有世界上最大粒子加速器的欧洲核研究组织(CERN)在考虑建一个新的、更大的加速器。近日,该组织的理事会宣布就此计划开始一项可行性研究。 2020-07-21

世界上唯一一台专用于艺术的粒子加速器——AGLAE

你也可能已经前去膜拜过里面的蒙娜丽莎像和维纳斯雕塑什么的,但你或许并不知道,卢浮宫还有一件宝贝,深藏在地下,并且不会对游客开放:世界上唯一一台专用于艺术的粒子加速器,Accélérateur Grand Louvre d’analyse élémentaire,简称AGLAE。 2020-07-23
阅读排行榜