Ett team av forskare på DESY har nått en viktig milstolpe på vägen mot framtidens partikelaccelerator. För första gången, en så kallad laserplasmaccelerator har körts i mer än ett dygn medan den kontinuerligt producerar elektronstrålar. LUX -strålen, gemensamt utvecklat och drivs av DESY och University of Hamburg, uppnått en körtid på 30 timmar. "Detta för oss ett stort steg närmare den stabila driften av denna innovativa partikelacceleratorteknologi, "säger DESY:s Andreas R. Maier, gruppens ledare. Forskarna rapporterar om sitt rekord i tidningen Fysisk granskning X . "Tiden är mogen för att flytta laserplasmaacceleration från laboratoriet till praktiska tillämpningar, "tillägger chefen för DESYs Accelerator Division, Wim Leemans.

Fysiker hoppas att tekniken för laserplasmaacceleration kommer att leda till en ny generation kraftfulla och kompakta partikelacceleratorer som erbjuder unika egenskaper för ett brett spektrum av applikationer. I denna teknik, en laser eller energisk partikelstråle skapar en plasmavåg inuti en fin kapillär. En plasma är en gas där gasmolekylerna har tagits bort från sina elektroner. LUX använder väte som gas.

"Laserpulserna plöjer sig igenom gasen i form av smala skivor, ta bort elektronerna från vätemolekylerna och svep dem åt sidan som en snöplog, "förklarar Maier, som arbetar på Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), ett gemensamt företag mellan DESY, universitetet i Hamburg och Max Planck Society. "Elektroner i pulsens kölvatten accelereras av den positivt laddade plasmavågan framför dem - ungefär som en wakeboardåkare åker vågen bakom akterna på en båt."

Detta fenomen gör att laserplasmacceleratorer kan uppnå accelerationsstyrkor som är upp till tusen gånger större än vad dagens mest kraftfulla maskiner kan erbjuda. Plasmacceleratorer möjliggör mer kompakta och kraftfulla system för ett brett spektrum av applikationer, från grundforskning till medicin. Ett antal tekniska utmaningar måste fortfarande övervinnas innan dessa enheter kan användas praktiskt. "Nu när vi kan använda vår strållinje under längre perioder, vi kommer att ha en bättre position att hantera dessa utmaningar, "förklarar Maier.

Under den rekordstarka non-stop-operationen fysikerna accelererade mer än 100, 000 elektronbuntar, en varje sekund. Tack vare denna stora datamängd, acceleratorns egenskaper, lasern och klasarna kan korreleras och analyseras mycket mer exakt. "Oönskade variationer i elektronstrålen kan spåras tillbaka till specifika punkter i lasern, till exempel, så att vi nu vet exakt var vi behöver börja för att producera en ännu bättre partikelstråle, "säger Maier." Detta tillvägagångssätt lägger grunden för en aktiv stabilisering av balkarna, som används på varje högpresterande accelerator i världen, "förklarar Leemans.

Enligt Maier, nyckeln till framgång var att kombinera expertis från två olika områden:plasmacceleration och know-how i stabil acceleratordrift. "Båda finns tillgängliga på DESY, som saknar motstycke i världen i detta avseende, "Betonar Maier. Enligt honom, många faktorer bidrog till acceleratorns stabila långsiktiga drift, från vakuumteknik och laserkunskap till ett omfattande och sofistikerat styrsystem. "I princip, systemet kunde ha hållit igång ännu längre, men vi stoppade det efter 30 timmar, "rapporterar Maier." Sedan dess har Vi har upprepat sådana körningar tre gånger till. "

"Detta arbete visar att laserplasmacceleratorer kan generera en reproducerbar och kontrollerbar utgång. Detta ger en konkret grund för att utveckla denna teknik ytterligare, för att bygga framtida acceleratorbaserade ljuskällor på DESY och på andra håll, "Leemans sammanfattar.