Немецкие учёные достигли прорыва в создании компактных ускорителей частиц

Немецкие учёные из центра DESY совершили значительный прорыв в разработке компактных ускорителей частиц с установкой KALDERA, которая впервые достигла частоты 100 электронных импульсов в секунду. Это открытие представляет собой важный шаг к внедрению лазерно-плазменных ускорителей в такие области, как медицина, промышленность и фундаментальная наука.

Традиционные ускорители, такие как те, что используются в Большом адронном коллайдере, требуют массивных установок, где электроды разгоняют электроны с помощью волн в металлических резонаторах. Для достижения высоких энергий требуется множество модулей, что делает такие системы дорогостоящими и объемными. В отличие от них, лазерно-плазменный метод использует сверхмощный лазерный импульс, попадая в трубку с ионизированным газом, создаёт электрическое поле, в миллионы раз превышающее возможности классических установок.

Говоря о разработке, Андреас Майер из DESY отметил: "Представьте, что вместо поезда с сотней вагонов вы используете реактивный двигатель". Это высказывание чётко иллюстрирует разницу в подходах к ускорению частиц. Установка KALDERA преодолела главное препятствие - низкую частоту генерации импульсов, которые раньше составляли 1–2 в секунду, что было недостаточно для практических задач.

Система KALDERA использует многоступенчатую систему усиления, которая позволяет избежать перегрева благодаря инновационному компрессору с наноструктурным покрытием. Первые тесты подтвердили стабильную работу на уровне 100 импульсов в секунду, что является в 100 раз большим, чем предыдущие рекорды.

Высокая частота импульсов позволяет не только усиливать выход, но и 'ловить' помехи в реальном времени. Датчики и камеры следят за движением луча, а адаптивные зеркала корректируют его траекторию. Эти разработки могут значительно улучшить точность и эффективность современных ускорителей.

Возможно, через 2-3 года установка KALDERA будет способна генерировать 1000 импульсов в секунду, тем самым открывая новые перспективы для коммерческого применения. Среди ожидаемых новшеств — переносные источники рентгеновского излучения для диагностики рака и компактные установки для очистки выбросов, что знаменует собой возможность для небольших лабораторий проводить эксперименты, ранее возможные только для крупнейших международных коллабораций.

]]>