Если одного ускорителя частиц недостаточно для достижения желаемого результата, почему бы не объединить два ускорителя? Международная команда, возглавляемая физиками из Центра перспективных лазерных приложений (CALA) в LMU Мюнхен, реализовала эту идею. Он объединил два метода ускорения электронов на основе плазмы, а именно ускоритель вейкфилда с лазерным приводом (LWFA) и ускоритель вейкфилда с приводом от пучка частиц (PWFA). Благодаря такой комбинации физики достигают лучшей стабильности и более высокой плотности частиц для электронных пучков, чем при использовании только одного плазменного ускорителя. Таким образом, инновационная концепция открывает новые перспективы для ускорения частиц на основе плазмы.
Плазменное ускорение в вейкфилде считается перспективным кандидатом для следующего поколения ускорителей частиц. В такой машине интенсивный двигатель движется через смесь частиц ионов и свободных электронов, называемую плазмой. Драйвер, представляющий собой либо интенсивный лазерный импульс, либо короткий, очень интенсивный импульс частиц высокой энергии, вытесняет электроны плазмы, которые оказываются на его пути. Подобно лодке на озере, вытесненная материя возвращается в исходное положение позади водителя. В результирующем следе за драйвером электроны, в свою очередь, могут перемещаться и достигать энергий в диапазоне гигаэлектронвольт в пределах нескольких миллиметров. Однако из-за чрезвычайно больших полей ускорения эти плазменные ускорители трудно приручить.
Физики CALA laser теперь экспериментально продемонстрировали, что, комбинируя ускоритель плазмы с лазерным приводом и электронным пучком, можно достичь более высокой стабильности и плотности частиц, чем это возможно при использовании одной ступени ускорителя с лазерным приводом. В этом "гибридном" подходе сгустки электронов с высоким пиковым током генерируются в первом ускорителе вейкфилда с лазерным приводом. Эти электроны служат движущей силой для последующего ускорителя Вейкфилда, управляемого частицами, в котором снова ускоряются электроны. Стабильность вновь сгенерированного электронного сгустка намного выше, поскольку вторая ступень ускорителя гораздо менее чувствительна к неизбежным колебаниям драйвера. Таким образом, гибридный подход сочетает в себе преимущества двух взаимодополняющих типов драйверов для плазменных ускорителей.
Стабильность и высокая плотность заряда генерируемых электронных сгустков является фундаментальной предпосылкой для генерации ярких рентгеновских лучей с помощью различных механизмов. С одной стороны, узкополосные электронные пучки с низкой расходимостью идеально подходят для генерации жестких рентгеновских лучей методом обратного рассеяния Томсона, которые могут быть использованы для медицинской визуализации. С другой стороны, высокое качество луча должно позволить создавать новые сложные приложения, такие как плазменные лазеры на свободных электронах (FELS). Такое излучение FEL может быть использовано в будущем для изучения сверхбыстрых явлений в твердых телах с атомным пространственным и временным разрешением.
Комментарии