Оптимальные условия для максимально эффективной работы лазерных плазменных ускорителей

17.09.2017

Традиционные ускорители электронов давно уже стали одним из основных видов научных инструментов, чрезвычайно интенсивные и короткие импульсы излучения, вырабатываемые синхротронами и лазерами на свободных электронах, позволяют ученым изучать материю и процессы, происходящие на атомарном масштабе. Но даже самые маленькие ускорители электронов занимают сейчас площадь, сопоставимую с площадью футбольного поля.

Альтернативной традиционным технологиям ускорения электрона является лазерно-плазменный метод ускорения, которые при небольших размерах ускорителя позволяет получить луч разогнанных электронов высокой интенсивности. Но у ускорителей такого типа есть один недостаток - при их помощи очень тяжело получить устойчивый луч электронов со стабильной яркостью. И эта проблема была решена физиками из исследовательского центра HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), Германия, которым удалось определить ряд параметров для создания оптимальных условий работы лазерно-плазменного ускорителя электронов.

Принцип, лежащий в основе технологии лазерно-плазменного ускорения, достаточно прост, луч мощного лазера фокусируется в среде газа, который под его воздействием превращается в плазму, в ионизированное состояние материи. Энергия лазерного луча заставляет электроны покинуть пределы их "родных" атомов, что создает в объеме плазмы своего рода "пузырь" сильного электрического поля. Эта область электрического поля, которая движется за импульсом лазерного света, представляет собой волну, движущуюся почти со скоростью света. И электроны, попавшие в ловушку на гребне этой волны, также разгоняются почти до скорости света. Воздействие на эти электроны дополнительным импульсом лазерного света производит яркие и сверхкороткие импульсы рентгена, при помощи которых ученые "просвечивают" исследуемые образцы различных материалов.

Сила вторичного рентгеновского излучения напрямую зависит от количества высокоэнергетических электронов, задействованных в этом процессе. Однако, при разгоне большого количества электронов плазменная волна затухает вследствие влияния эффектов, связанных с этими электронами и их электрическим полем, которое, к тому же, пагубно влияет и на форму луча. Искаженная форма луча и нестабильность плазменной волны, приводят к тому, что в луче присутствуют электроны с различным уровнем их энергии и другими параметрами.

"Но для того, чтобы можно было использовать электронный луч для проведения высокоточных экспериментов, требуется стабильный луч, состоящий из электронов с одинаковыми параметрами" - рассказывает ученый-физик Джурьен Питер Куперус (Jurjen Pieter Couperus), - "Все электроны луча должны находиться в правильном месте в правильное время".

Ученые из HZDR провели ряд работ, направленных на улучшение качества электронного луча, вырабатываемого лазерно-плазменными ускорителями. Они нашли, что добавка небольшого количества азота к гелию, который используется для создания плазмы, значительно улучшает ситуацию. "Мы можем управлять количеством электронов, "катающихся" на плазменной волне, меняя концентрацию азота" - объясняет Джурьен Питер Куперус, - "В своих экспериментах мы выяснили, что идеальным вариантом является случай, когда плазменная волна несет электроны, суммарный заряд которых равен ровно 300 пикокулонам. Даже самое малое отклонение от этой величины в любую сторону приводит к рассеиванию энергии, что снижает качество вырабатываемого луча".

Проведенные вычисления показали, что для генерации высококачественного еще требуется, чтобы пиковый ток движения электронов на гребне плазменной волны был не менее 50 килоампер.

"Используя сверхкороткие импульсы петаваттного лазера DRACO, мы сможем обеспечить генерацию высококачественного электронного луча при пиковом токе в 150 килоампер" - рассказывает Джурьен Питер Куперус, - "Это превысит возможности всех современных крупномасштабных ускорителей электронов на целых два порядка. И это позволит нам создать весьма компактные источники рентгеновского излучения следующего поколения".

<< Назад: Дебют робота-дирижера 18.09.2017

>> Вперед: Обнаружены нейроны жажды 17.09.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Клетки многих вкусов 23.08.2020 Считается, что все разнообразие вкусов складывается из пяти основных, то есть из горького, соленого, кислого, сладкого и вкуса белка, или умами. Для каждого из них есть свои рецепторные клетки, которые чувствуют только сладкое, или только соленое, и т. д., и вот из комбинаций сигналов от этих очень специализированных рецепторов получается сложная вкусовая картина. Однако кроме очень специализированных вкусовых клеток есть и не очень специализированные. Например, не так давно стало известно, что рецепторы кислого вкуса чувствуют еще и вкус воды (что говорит еще и о том, что пятью основными вкусами дело не исчерпывается). Эксперименты сотрудников Университета штата Нью-Йорк в Баффало говорят о том, что некоторые вкусовые клетки могут чувствовать больше двух вкусов. Выключая у мышей специализированные клетки какого-то одного вкуса, исследователи обнаружили, что этот вкус все равно ощущается - то есть его принимают какие-то другие клетки. Такие клетки удалось обнаружить: они действительно реагировали на широкий спектр молекул с горьким, сладким, кислым и белковым вкусом. При этом "клетки многих вкусов" оказались необходимы для того, чтобы мозг воспринимал сигналы от "клеток одного вкуса". У всякой рецепторной клетки есть специальный молекулярный аппарат, благодаря которому сигнал из внешней среды передается в мозг. И вот когда у мышиных "клеток многих вкусов" отключали белок, без которого они не могли оповестить мозг ни о каком вкусе, то мозг переставал воспринимать сигналы от клеток, реагирующих только на один вкус, хотя у "клеток одного вкуса" никто ничего не отключал. Мышь с отключенными "клетками многих вкусов" продолжала пить горькую воду, хотя о неприятной горечи ее должны были оповестить специализированные клетки горького вкуса. Вероятно, те вкусовые клетки, которые чувствуют много вкусов, не просто чувствуют все эти вкусы, но и помогают координируют сигналы, поступающие от специализированных вкусовых клеток. В таком случае нейробиология вкусовых ощущений оказывается намного сложнее, чем нам казалось. Чего, впрочем, следовало ожидать: чтобы из пяти основных вкусов получилось все огромное разнообразие вкусовых ощущений, вкусовые рецепторы должны как-то очень сложно взаимодействовать друг с другом, и нервные сигналы от них должны сложным образом влиять друг на друга.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026