Ez magában foglalja az új technológia a részecskegyorsító
Ábra. 1. reakcióvázlat A dielektromos lézer gázpedált. Be kvarcüveg periodikus hornyok szubmikron süt egy lézersugár mentén merőleges felületen a hornyok és a gerenda elektronok áramlását elindítjuk. Fut végig a felszínen a lecsengő fény hullám felveszi az elektronokat, és gyorsítja őket a pályáról. A fényképek a helyszínen physics.aps.org
Nehézségek gyorsító fizika
Részecskegyorsítók van szükség, nemcsak a fizikusok, hanem hétköznapi emberek. A több tízezer gyorsítók, hogy most létezik a világon, csak mintegy száz mű a tervezett célra, a tanulmány a mikrokozmosz. Az összes többi olyan alkalmazásokban használják a biológiában, az anyagtudomány, az orvostudomány, sőt, furcsa módon, a tanulmány az ókori történelem (ez csak egy példa). Egy rövid összefoglaló ezek az alkalmazások is megtalálhatók, például a kiadvány gyorsítók és gerendák, Eszközök a felderítés és innováció (PDF, 7 Mb).
Gyorsuló térerősség megavolts és akár több megavolt méterenként modern technológia még ér. Általában egy speciálisan megtervezett szupravezető komplex alakú kamra által gerjesztett erős állandó elektromágneses hullám, amely kitolja a részecskék repülnek keresztül (nézd meg a készségek részecskeütközések az LHC játék flash játék). Azonban, a gradiens nagyobb, mint néhány tíz MeV / m az ilyen sejtekben nem szerezhető - egy fém nem tud ellenállni az erős területen is, van egy bontás kamrában. Éppen ezért a lineáris elektron-pozitron ütköztető energia nagyságrendileg 1 TeV hosszú lesz, néhány tíz kilométer, és ennek eredményeként, meglehetősen drága.
Egy másik kiviteli alakban -, hogy a kötésgyorsítót nem lineáris, hanem ciklikus, azaz a gyűrűt (lásd tipikus gyorsító eszköz az interaktív diagram.). Részecskéket folyamatosan kering a gyűrűs cső, és a távolság nem tesztelt csak egyszer. Akkor lehet, hogy a gyorsító szakasz szerény, de az energia növelhető látszólag korlátok nélkül -, mert a részecskék repülni millió alkalommal másodpercenként. Sajnos, van egy másik probléma. Részecskék túl sok energiát nehéz tartani a körpályán. A lineáris rész - kérjük, de amint a részecske forgatni kell, meg kell alkalmazni erő. Ezt úgy érjük el, ismét miatt a külső terület - ezúttal egy mágneses mező a hajlító mágnest. Mivel ez korlátozott, meg kell, hogy kapcsolja a részecskék fokozatosan. azaz, hogy növelje a fordulási sugár. Ezért a körkörös gyorsítók nagy energiák, mint a Large Hadron Collider is kap hatalmas.
Abban az esetben, gyűrűs elektrongyorsítók felmerül egy másik további probléma, amikor fordult elektronok elektromágneses hullámokat sugároznak és az energiát veszítenek. Ezért a gyorsító szakaszt kell, először is, hogy kompenzálja a energiaveszteség minden egyes fordulata alatt, majd növelni az energiát. És amikor a puszta fenntartásához szükséges energia tölteni több száz megawatt (!), Annak további növekedését egyszerűen nem kifizetődő. Egy egyenes úton nincsenek ilyen problémák.
Tehát mindkét típusú gyorsító van egy természetes határa az energia a részecskék, és ez azért történik, mert még mindig nem tudom, hogyan kell létrehozni és folyamatosan kellően erős elektromos és mágneses mezők. Nem hagyományos, jól bevált most gyorsul technológia nem tud megbirkózni ezzel a problémával.
Szerencsére, a legtöbb alkalmazás gyorsító nem jelent problémát. Szükséges energia vannak kis, nagyságrendileg több száz MeV, akkor lehet, beszerzése és telepítése akkora, mint egy néhány méterre. De vannak más technikai probléma, kezdve a high-tech gyártási folyamat felgyorsítása szakaszok és befejezve kifinomult infrastruktúra és a magas energiafogyasztás. És a kompakt gyorsító szerek nem nevezhető: számukra minden esetben meg kell kiosztani az egész épületben. Az asztalon, és minél több hordozható gyorsító csak álom.
Megpróbálja megtörni az ördögi kört
Az egyetlen módja, hogy drasztikusan csökkentse a méretét a gázpedál és a költségek csökkentése a termelési -, hogy egy új részecskegyorsító technológia. amely lehetővé tenné, hogy növeljék a gradiens legalább akár több száz MeV / m. És remélem, hogy az. A tény az, hogy elvileg a térerő sok gigavolty méterenként könnyű megszerezni; A fő nehézség -, hogyan kell tartani. mert ezen a területen fog okozni a bontást a fém falak.
Az ígéretes technológiák azonban hátrányai. Az első - a probléma a skálázhatóság. Mintegy lézer gyorsítók általában nincs mit mondani, csak egyetlen gyorsulás érhető el, ha átégetve levél fólia. A lézer-plazmában kimutatták hatalmas területen, míg belül a kis cella mérete nem nagyobb, mint néhány centiméter. Ahhoz, hogy felgyorsítja nagy energiájú kell kikötniük több ilyen sejtek egymáshoz és szinkronizálja a kialakulása egy plazma buborék mindet. Itt ez a probléma megoldatlan marad, bár az első kísérletek a dokkoló a két kamara már végeztek.
Egyéb nyilvánvaló probléma - a viselkedését a gyorsított részecske sugár. Miután a fény nem csak repülni át a plazma maga, hanem a folyamatosan áthaladnak a falakon a kamra. Összeegyeztethető a szükséges paramétereket a gerendák és azok intenzitása - egy komplex kérdés; Mindenesetre azt kell puzzle át, hogyan kell nem rontja el a gerenda gyorsulás.
Végül, van egy probléma a költség. Még ha sikerül létrehozni mondjuk egy kompakt proton gyorsító lézeres égő rákos daganatok, akkor még mindig egy nagy teljesítményű lézer, ami nagyon drága telepítést.
Azonban meg kell jegyezni, hogy a hitel a lézer-plazma gyorsítók a bennük rejlő lehetőségeket messze nem merült ki. Néhány hónappal ezelőtt diagram és numerikusan szimulált gyorsulás elektron plazma a periodikus struktúra leírták. Gyorsuló színátmenetek vannak kapunk elég borsos, sok TeV / m. Ha ez bekövetkezne, az Higgs-bozonok is született egy asztali gyorsító. Azonban, az ötlettől a kísérleti megvalósítása hosszú utat, mindaddig, amíg a javaslatok inkább a kívánt, mint a valós.
Az új gyorsító technológiák
Ábra. 2. Az elektron mikrokamera áttetsző formadarab, kvarcüvegből készült maratott rajta periodikus hornyok. A kép a cikk alatti vita Phys. Rev. Lett.
Ebben a helyzetben, a hagyományos és lézer-plazma gyorsítók tűnik, nagyon vonzó, másik technika - dielektromos lézer gázpedált. Nem ígér hatalmas gyorsuló színátmenetek, hogy a rendszert az egyszerűség, a skálázhatóság, kompakt és olcsó. Azt javasolták, nem is olyan régen, és eddig mindent korlátozódik csak az elméleti kutatások az ilyen típusú gyorsító. De most a helyzet megváltozott az utóbbi időben a Nature és a Physical Review Letters folyóirat két cikk jelent meg ugyanabban az időben, amely beszámol az első sikeres végrehajtása ezt a módszert. Gyorsulás az elektronok elérte ezekben a tanulmányokban, még egészen jelentéktelen, de a magas hatásfok itt senki sem üldözi - ezek a kísérletek csak sikeresen bizonyította hogy a módszer működik. Már láthatjuk, hogy milyen könnyen javítja a teljesítményt az összes gerendák.
Röviden vázolja a lényege a dielektromos lézer gyorsulás példáját egy cikket Phys. Rev. Lett. Egy kis mintát egy átlátszó, dielektromos (például kvarcüveg) hosszú, párhuzamos hornyok vannak gravírozva egy időszak mikronos frakciót (ábra. 2). Kiderült, a fázis rács, de egy nagyon kis ideig. Alsó átengedjük üveg lézersugarat hullámhosszú valamivel hosszabb, mint az időszak az aknarács. Egy közvetlenül a fent ezt a struktúrát, párhuzamosan az üveg felületén, legyek kompakt elektronikus vérrög. Úgy érzi, csak a lézersugár - törekedni, ne feledd, amely merőleges a mozgás az elektronok! - de ez a lézerfény gyorsítja (1. ábra).
Mivel a mi történik a gyorsulás? Fény lineáris polarizációs merőleges a hornyok, ami polarizációt. Ezért vákuumban közvetlenül a felület van egy periodikus oszcilláló elektromos mező (lásd. 3.). Ha ez az időszak a szerkezet túl kicsi, akkor ez a mező tartjuk a felszín közelében, mintha egyfajta „virtuális” könnyű, és nem tud repülni. Ez az úgynevezett közeli mező fény. vagy lecsengő hullám (lásd. a probléma egy hasonló téma). Meg lehet képviseli, mint egy sor elektromágneses hullámok, amely fut végig a felület az üveg, de merőleges a barázdák; ez a mozgás az ábrán látható. 3 formájában az egymást követő „keretek” mezőben állapotban. A sebesség e hullámok könnyen testre szabható fény hullámhossz kiválasztása. Most a fontos pont - a villamos térerősség ez a hullám is irányul a felület mentén irányával párhuzamosan a hullám mozgás. Vannak ideális feltételeket a gyorsítási részecskék, ha az elektron csomó mozog ugyanolyan sebességgel, mint a hullám, egyszerűen felveszi és átviszi mellesleg eloszlassa az elektromos mező.
Ábra. 3. Az elv gyorsulás dielektromos lézer gázpedált. A lézerfény alulról jövő, a felület felett létrehoz egy időben változó térben és elektromos mező irányul a felülettel párhuzamos. Három egymást követő képek mutatják a mező konfigurációja a következő három pontot az időben elválasztva egy negyed időszak oszcilláció a fény hullám. Repülő a felület felett és beleesik a mezőbe, a töltött részecskék gyorsítása (1. bit) a lassú (bit 2), vagy eltérőek a kezében (a részecskék 3 és 4) való elhelyezkedéstől függően. A kép a cikk alatti vita Phys. Rev. Lett.
Ábra. 4. Az elektronmikroszkópos felvételét a különbség a két rács (balra) és az egész szerkezet teljes egészében a ujjbegye (jobbra). A kép a cikk tárgyalja a természet
Miáltal ez a módszer is lehetséges gyorsuló emelkedése a nagyságrenddel nagyobb, mint a hagyományos technológiák? Ez egyszerűen annak a ténynek köszönhető, hogy nem használ fémet és dielektromos. Fém érzékenyen reagál az erős elektromos mező, mert a szabad elektronokat. Ezért, a mezőket, hogy hatására a bontást fémkamrából szigetelő még mindig tartja. Tanulmányok kimutatták, hogy egy ilyen szerkezet a kvarcüveg megtartótér legalább 9 GW / m, majd gradiens elúcióval, több mint 1 GeV / m egy ilyen gyorsító úgy tűnik, elég reális.
Előnyei az új technológia
A fenti szám minden bizonnyal sokkal magasabb, mint a gyorsuló gradiens modern gyorsítók, de ez messze a rekord lézerplazma gyorsítók. Azonban a dielektromos gázpedált számos lenyűgöző előnye, hogy ez egy komoly versenytársa.
Először is a termelés és gazdálkodás sokkal könnyebb, mint a hagyományos vagy lézeres plazma gyorsítók. Szükséges szerkezet könnyen és masszívan gyártott meglévő folyamatot vonalak, mint például azok, amelyekben mikrocsipek készülnek. Egy egész darab üveget néhány eléri egymást szervezetek könnyebben (ábra. 5, balra). A használt lézer mindkét vizsgálatban a leggyakoribb, a kereskedelmi forgalomban kapható, és nem valamiféle szuper-hatalom.
Ábra. 5. Bal: kvarc lemez több száz érintett dielektromos struktúrákat; jobbra: sematikus ábra berendezése „gyorsító-on-chip”, amelyben az összes elem egy kör alakú gyorsító szerkezetek képződnek, mint a szilárd lemez és szabályozott lézerimpulzusok. Képek a cikkek tárgyalt.
Harmadszor, a nagy plusz ennek gyorsítás technológiája, hogy ez teljesen optikai és gyakorlatilag folyamatos (azaz dolgozik sokáig egy pulzáló lézer millió impulzus másodpercenként). Nem kell szenvedni elektromágnesek, és még inkább a szupravezetők, mint a hagyományos gyorsítók; Nem kell lőni szuper-hatalom fényimpulzusok és éget fólia lézer; nem szükséges fenntartani a plazma speciális kamrák és buborékokat benne ingadozik a területen. A jobb darab üveget, vákuum és a fény -, hogy minden, ami szükséges a dielektromos gyorsulás. Továbbá, mivel az optikai eszköz nincsenek mozgó alkatrészek, van egy másik előnye - rendkívüli sebességgel, amikor váltáskor.
Negyedszer, az ismertetett eljárás nem csak hogy eloszlassa a részecskék, hanem elvégzésére más manipulációk gerendákkal - forgatni őket, sőt a fókuszt. Ennek eredményeként úgy tűnik realizálható lenyűgöző design, amely az úgynevezett "gyorsító-on-a-chip" (5., Jobbra). Belül egy üveg lesz a legfontosabb elemei egy körkörös gyorsító, és a felhasználó csak akkor van szükség, hogy az injekció a részecskék és ragyog a lézersugár a megfelelő helyen a megfelelő időben. Figyelembe véve ezeket az eredményeket leírt olcsó és ultra-booster nem úgy tűnik, hogy valami fantasztikus.
Ez érdekes kombinációja ellátások lehetővé teszi, hogy úgy gondolja, az új növények, amelyek eredetileg nem jöhetnek szóba. Például, ha nem törekszik a hatalom, hanem, hogy egy kompakt és monokróm elektron csokor és ellenőrzött on-off és az indulás, akkor kap egy új (és ráadásul nagyon kompakt!) Szerszám ultragyors elektron diffrakciós vagy időben felbontott elektronmikroszkóppal.
Persze, néhány végrehajtási nehézségek maradnak itt. Például, az szükséges, hogy megfelelő sugárnyaláb paramétereit az viszi be a szerkezet; Mégis meg kellett szorítani a különbség kisebb, mint egy mikron, és nem túl eloszlassa az oldalán. A tökéletes dielektromos gyorsító művelet is szükséges, hogy az elektronsugár a bejáratnál volt osztva ultrarövid és egyenletesen elhelyezett fürtök. Azonban, ha már vannak működő készülékek, ezeket a nehézségeket, mint kiderült, nem számít.
Milyen kínos történt - épült az LHC 10 gigaevro. És most kiderült, hogy nem az egyik beépített, és minden 100-szor kisebb lehet.
Még mindig nem szabad elfelejteni, hogy a technológia nem azonnal gotovenkoe született és fejlődni. És a közbenső lépések szükségesek, beleértve a fejlődés ezen a jövőbeli technológiákat. 30 évvel ezelőtt nem volt _voobsche_ technológia, amely lehetővé tenné, hogy végre az LHC. A projekt az alkotás az ő 10 éves fázisa e technológiák fejlődése. Tettek teljes formában, míg a végén a 90-es évek, majd a fázis a bal a célig.
Aztán világossá vált, hogy meg kell próbálnunk, hogy új technológiát a jobb gyorsulás, és a keresési azonnal megkezdődött sok irányban. Néhány technológia azóta meghaladta, néhány mögött, még futólag új megjelentek. Általában az emberek elkezdtek gondolkodni, hogy vizsgálja meg, és ízét. Itt van egy technológia - csak ki ezt a sorozatot. A második munka, az úton, akkor részeként végzik az általános fejlődését a következő generációs gázpedál program hátralévő lineáris ütköztető Test gyorsító.
= Milyen kínos történt - épült az LHC 10 gigaevro. És most kiderült, hogy nem az egyik beépített, és minden 100-szor kisebb lehet. =
Nem értettem: cikkben leírt gyorsító - csere tank?
Buck gyorsítja részecskék díjmentes. És ez a technológia csak felgyorsítja a töltött részecskék. De ahogy a technológia könnyen skálázható, lehetett építeni a gyorsító ütköző töltött részecskék, a paraméterek az LHC.