Лазерный ускоритель длиной в несколько миллиметров

12.10.2013

Группа исследователей из нескольких научных центров США разработала и создала в лаборатории прототип лазерного ускорителя с рекордной эффективностью. Устройство размером всего в несколько миллиметров продемонстрировало способность сообщать частицам энергию до 250 мегаэлектронвольт на метр, что в принципе недостижимо на традиционных ускорителях.

Для ускорения электронов физики использовали электромагнитное поле лазерного луча, перпендикулярного вектору ускорения. В обычных условиях попавшая в электромагнитные волны частица будет сначала разгоняться в одну сторону, а потом затормозится и начнет движение в обратном направлении. Чтобы этого избежать, физики создали прозрачный канал переменного сечения - из-за взаимодействия электромагнитного поля с веществом амплитуда волн в нем менялась в зависимости от ширины канала и в узких участках поле оказывалось сильнее, чем в широких.

Подобрав длину широких и узких участков, а также начальную скорость электронов, ученые добились того, что электрон пролетал через узкие участки канала ровно тогда, когда световые волны там разгоняли частицы в нужном направлении. К тому моменту, когда волна доходила до противоположной фазы и начинала тормозить частицы, электрон успевал добраться до широкого фрагмента с меньшей амплитудой поля и поэтому тормозился меньше, чем ускорялся.

ВВобычных ускорителях для разгона заряженных частиц обычно используются электромагнитные волны микроволнового диапазона и они принципиально не могут обеспечить набор энергии больше нескольких десятков мегаэлектронвольт на метр. Лазерная технология обеспечивает на порядок большую эффективность, что, по мнению физиков из Стэнфордских национальных ускорительных лабораторий может привести к революции не только в науке, но и технике. Один из разработчиков, Джоэль Инглэнд, уподобляет переход от обычных ускорителей к лазерным переходу от радиоламп к транзисторам. По его словам, такое сравнение правомерно в частности потому, что для изготовления ускоряющих каналов в прозрачном чипе исследователи использовали те же технологии, которые применяются при производстве микросхем.

Компактные ускорители с энергией электронов в десятки или сотни мегаэлектронвольт могут использоваться для генерации рентгеновского излучения с большой энергией и в виде высокосфокусированного когерентного пучка. Такое излучение сейчас активно используется в материаловедении, биологии (для определения кристаллической структуры белков, а также для просвечивания окаменевших ископаемых), однако рентгеновские лазеры для этих задач нередко занимают целые подземные комплексы с длиной туннелей в несколько километров и стоимостью в сотни миллионов долларов. Пучки с меньшей мощностью и меньшей энергией частиц применяются в медицине для облучения злокачественных новообразований.

<< Назад: Твердотельные накопители Mach Xtreme Express 12.10.2013

>> Вперед: 3.0 USB-накопитель Mushkin Ventura Ultra 11.10.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Гормон счастья может вызывать депрессию 13.12.2015 Нейромедиатор серотонин часто называют "гормоном счастья". Такие молекулы, как серотонин, используются для передачи нервного импульса между нервными клетками, и давно замечено, что хроническая нехватка серотонина может привести к постоянной тревожности и депрессии: нейроны в нервных цепочках, отвечающих за эмоциональный "позитив", хуже обмениваются сигналами из-за того, что им не хватает их нейромедиатора. Поэтому действие многих антидепрессантов рассчитано на то, что они будут повышать уровень серотонина в межнейронных синапсах, тем самым способствуя положительному эмоциональному настрою. (Впрочем, в механизме действия антидепрессантов до сих пор остается много неясного и они до сих пор преподносят нейробиологам сюрпризы - так, совсем недавно мы писали о том, что некоторые из них способны влиять на эпигенетические модификации в клеточной ДНК.) Через эмоции серотонин может влиять на поведение. Например, несколько лет назад исследователи из Оксфорда обнаружили, что этот нейромедиатор влияет на наше восприятие чужих отношений: чем его было больше, тем более человек был склонен оценивать чужие отношения как очень романтические и очень близкие (в качестве примера для оценки предлагали фотографии пар); и наоборот - при низком уровне серотонина чужие отношения казались менее близкими. А в 2012 году сотрудники Киотского университета опубликовали в журнале PNAS статью, в которой говорили о взаимосвязанности уровня серотонина в мозге и нашего чувства справедливости: чем больше серотонина, тем бoльшую нечестность мы готовы простить другому человеку. Однако, как показывают результаты экспериментов Марка Анзорге (Mark S. Ansorge) и его коллег из Колумбийского университета с серотонином все не так просто: его эффект зависит от того, в какой области мозга он присутствует. Известно, что его синтезируют ядра шва - так называют скопления нейронов, расположенные по средней линии продолговатого мозга. Ядра шва делятся на несколько групп, среди которых есть верхнее центральное ядро и дорсальное ядро. Оба они производят серотонин, которым пользуются другие системы мозга, однако на него реагируют и собственные нейроны ядер, и долгое время было неясно, как активность местных нервных клеток влияет на поведение. Опыты ставили на мышах, одни из которых были обычными здоровыми животными, а у других стимулировали тревожность и депрессивное состояние. Оказалось, что у тех и у других серотониновые нейроны ядер шва работают по-разному. Например, возрастание тревожности сопровождалось повышением активности верхнего центрального ядра; с другой стороны, депрессия у мышей слабела при снижении активности того же верхнего центрального ядра, но усиливалась при снижении активности дорсального ядра. Полностью результаты экспериментов опубликованы в Cell Reports. Иными словами, использующие серотонин нейроны вовсе не обязательно дарят только радость и счастье. Положительные эмоции зависят, скорее, от баланса активностей разных групп серотониновых нейронов: если баланс сильно перекосит в какую-то сторону, то вместо радости и счастья придет депрессия и тревога, хотя серотонина может быть более чем достаточно. Конечно, после мышей нужно будет проверить, так ли работают серотониновые ядра шва у человека, и, если все действительно так, стоит подумать о новых антидепрессантах, которые бы не просто действовали на уровень того или иного нейромедиатора, а фокусировались бы на какой-то определенной зоне мозга.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025