SLAC-forskare har uppfunnit en kopparacceleratorstruktur som kan göra framtida röntgenlasrar och acceleratorer för strålterapi mer kompakta. Det matar terahertz -strålning in i en liten hålighet för att öka partiklarna till enorma energier. Denna bild visar hälften av strukturen med hålrummet i det inringade området. Insats:Skannande elektronmikroskopbild av en sektion av hålrummet, som är 3,5 millimeter lång och 280 mikron bred vid dess smalaste punkt. Upphovsman:Chris Pearson/Emilio Nanni/SLAC National Accelerator Laboratory
Partikelacceleratorer genererar elektroner med hög energi protoner och joner för ett brett spektrum av applikationer, inklusive partikelkolliderare som belyser naturens subatomära komponenter, Röntgenlasrar som filmar atomer och molekyler under kemiska reaktioner och medicinsk utrustning för behandling av cancer.
Tumregel, ju längre gaspedalen, desto kraftfullare är den. Nu, ett team som leds av forskare vid Institutionen för energis SLAC National Accelerator Laboratory har uppfunnit en ny typ av acceleratorstruktur som ger en 10 gånger större energivinst över ett givet avstånd än konventionella. Detta kan göra acceleratorer som används för en given applikation 10 gånger kortare.
Nyckeltanken bakom tekniken, beskrivs i en ny artikel i Tillämpad fysikbokstäver , är att använda terahertz -strålning för att öka partikelnergier.
I dagens acceleratorer, partiklar drar energi från ett radiofrekvensfält (RF) som matas in i specifikt formade acceleratorstrukturer, eller hålrum. Varje hålighet kan endast leverera en begränsad energiboost över ett givet avstånd, så mycket långa hålsträngar behövs för att producera högenergibalkar.
Terahertz och radiovågor är båda elektromagnetisk strålning; de skiljer sig åt i sina respektive våglängder. Eftersom terahertzvågor är 10 gånger kortare än radiovågor, hålrum i en terahertz -accelerator kan också vara mycket mindre. Faktiskt, den som uppfanns i denna studie var bara 0,2 tum lång.
En stor utmaning för att bygga dessa små hålrumsstrukturer är att bearbeta dem mycket exakt. Under de senaste åren, SLAC -team utvecklade ett sätt att göra just det. Istället för att använda den traditionella processen att stapla många lager koppar ovanpå varandra, de byggde minutstrukturen genom att bearbeta två halvor och binda ihop dem.
Den nya strukturen producerar också partikelpulser tusen gånger kortare än de som kommer ut från konventionella kopparstrukturer, som kan användas för att producera strålar som pulsar med en högre hastighet och släpper ut mer effekt under en given tidsperiod.
Nästa, forskarna planerar att göra uppfinningen till ett elektronpistol - en enhet som kan producera otroligt ljusa elektronstrålar för upptäcktsvetenskap, inklusive nästa generations röntgenlasrar och elektronmikroskop som gör att vi i realtid kan se hur naturen fungerar på atomnivå. Dessa balkar kan också användas för cancerbehandling.
För att kunna utnyttja denna potential krävs vidareutveckling av källor till terahertz -strålning och deras integration med avancerade acceleratorer, som den som beskrivs i denna studie. Eftersom terahertz -strålning har så kort våglängd, dess källor är särskilt utmanande att utveckla, och det finns lite teknik för närvarande. SLAC-forskare eftersträvar både elektronstråle och laserbaserad terahertz-generation för att ge de höga toppkrafter som behövs för att förvandla sin acceleratorforskning till framtida verkliga tillämpningar.
