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用等离子体波加速粒子技术获新突破
时间 : 2014-11-07     

 

美国SLAC国家加速器实验室

  美国能源部SLAC国家加速器实验室和加州大学洛杉矶分校的科学家研制出一项富有前景的技术:用等离子体波加速电子能有效为新一代加速器供以电力。这一成就对展示等离子体尾场加速器的实用化具有里程碑意义,可极大扩展到医药、工业和高能物理研究等领域。相关研究成果发表在最新一期的《自然》杂志上。

  据物理学家组织网11月5日报道,利用SLAC国家实验室先进的加速器实验测试(FACET),美国能源部科学局研究人员将电子束能量提高了400到500倍,高于其在传统加速器里的数据。而之前,这个能源和效率的关键组合从未达到过。

  论文的第一作者、SLAC加速器物理学家迈克说:“一个加速器的许多实用方面取决于被加速的粒子有多快。该研究表明,可以使用这种技术在不到20英尺长的加速器加速电子束,能够获得与2英里SLAC直线加速器一样的能量。”

  35年来,等离子体尾场一直是加速器物理学家的兴趣点,作为一个更有前途的方法驱动未来小而便宜的加速器诞生。加州大学洛杉矶分校和斯坦福直线加速器中心的研究人员在对等离子体尾场加速一直保持超过十年的前沿研究。在2007年的论文中,研究人员宣布可以加速在420亿—850亿电子伏的一个长电子束末端的电子群,令科学界极大兴奋。

  在本次实验中,研究人员在炙热的锂气炉内发射含有50亿至60亿电子的成对电子束到由激光产生的等离子体柱。每对中的第一束是驱动束,摧毁了所有来自锂原子的自由电子,留下锂核后的正电荷,被称为“井喷状态”的配置。然后,被击中的电子倒在第二束电子之后,被称为后束,形成的“等离子体尾”推动后束到更高能量。

  以前的实验已证明多束加速,但SLAC团队达到井喷状态的高能量还是第一个,从中可以发现最大的能量收益、最高的效率。同样重要的是,加速后的电子以相对较小的能量扩散而告终。

  该试验的主要研究者之一、SLAC加速器物理学家马克·霍根说:“这些结果已经超出一个成功试验的本身,其额外的意义是,用一个二束配置达到井喷状态能够提高加速效率最大为50%,足以表明等离子体尾场加速器技术对实现未来加速器是可行的。”

http://www.cas.cn/xw/kjsm/gjdt/201411/t20141109_4249862.shtml