플라즈마 가속기에 대한 더 많은 제어

[아름이]

플라즈마 가속기에 대한 더 많은 제어
날짜:
2022년 11월 30일
원천:
Ludwig-Maximilians-Universität 뮌헨
요약:
하나의 입자 가속기로 원하는 결과를 얻기에 충분하지 않다면 두 개의 가속기를 결합하는 것은 어떻습니까? 물리학자들은 이제 이 아이디어를 구현했습니다. 그들은 전자에 대한 두 가지 플라즈마 기반 가속 방법, 즉 레이저 구동 웨이크필드 가속기(LWFA)와 입자 빔 구동 웨이크필드 가속기(PWFA)를 결합했습니다. 이 조합을 통해 물리학자들은 단일 플라즈마 가속기를 사용하는 것보다 전자빔에 대해 더 나은 안정성과 더 높은 입자 밀도를 달성합니다. 따라서 혁신적인 개념은 플라즈마 기반 입자 가속에 대한 새로운 관점을 열어줍니다.

하나의 입자 가속기로 원하는 결과를 얻기에 충분하지 않다면 두 개의 가속기를 결합하는 것은 어떻습니까? LMU 뮌헨의 고급 레이저 응용 센터(CALA)의 물리학자들이 이끄는 국제 팀이 이 아이디어를 구현했습니다. 전자에 대한 두 가지 플라즈마 기반 가속 방법, 즉 LWFA(레이저 구동 웨이크필드 가속기)와 PWFA(입자 빔 구동 웨이크필드 가속기)를 결합했습니다. 이 조합을 통해 물리학자들은 단일 플라즈마 가속기를 사용하는 것보다 전자빔에 대해 더 나은 안정성과 더 높은 입자 밀도를 달성합니다. 따라서 혁신적인 개념은 플라즈마 기반 입자 가속에 대한 새로운 관점을 열어줍니다.

플라즈마 기반 웨이크필드 가속은 차세대 입자 가속기의 유망한 후보로 간주됩니다. 그러한 기계에서 강렬한 드라이버는 플라즈마라고 하는 이온과 자유 전자의 입자 혼합물을 통해 움직입니다. 강렬한 레이저 펄스 또는 고에너지 입자의 짧고 매우 강렬한 펄스인 드라이버는 방해가 되는 플라즈마 전자를 대체합니다. 호수 위의 보트와 유사하게 이동된 물질은 운전자 뒤의 초기 위치로 다시 흐릅니다. 드라이버 뒤의 웨이크에서 전자는 차례로 파도를 타고 몇 밀리미터 내에서 기가전자볼트 범위의 에너지에 도달할 수 있습니다. 그러나 엄청나게 큰 가속 필드로 인해 이러한 플라즈마 가속기는 길들이기가 어렵습니다.

CALA 레이저 물리학자들은 이제 레이저 구동 및 전자빔 구동 플라즈마 가속기를 결합함으로써 단일 레이저 구동 가속기 단계에서 가능한 것보다 더 높은 안정성과 입자 밀도를 달성할 수 있음을 실험적으로 입증했습니다. 이 "하이브리드" 접근법에서는 높은 피크 전류를 가진 전자 다발이 첫 번째 레이저 구동 웨이크필드 가속기에서 생성됩니다. 이러한 전자는 전자가 다시 가속되는 후속 입자 구동 웨이크필드 가속기의 드라이버 역할을 합니다. 새로 생성된 전자 다발의 안정성은 두 번째 가속기 단계가 드라이버의 피할 수 없는 변동에 훨씬 덜 민감하기 때문에 훨씬 더 높습니다. 따라서 하이브리드 접근 방식은 플라즈마 기반 가속기에 대한 두 가지 보완 드라이버 유형의 장점을 결합합니다.

생성된 전자 다발의 안정성과 높은 전하 밀도는 다양한 메커니즘을 통해 밝은 X선을 생성하기 위한 기본 전제 조건입니다. 한편으로 협대역, 발산이 낮은 전자 다발은 Thomson-backscattering에 의한 hard X-ray 생성에 이상적으로 적합하며 이는 의료 영상에 사용될 수 있습니다. 한편, 높은 빔 품질은 플라즈마 기반 자유 전자 레이저(FEL)와 같은 도전적이고 새로운 응용 분야를 가능하게 해야 합니다. 이러한 FEL 방사선은 미래에 원자 공간 및 시간 분해능을 가진 고체의 초고속 현상을 연구하는 데 사용될 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/