Un equipo de científicos de DESY ha construido un acelerador en miniatura de doble partícula que puede reciclar parte de la energía láser alimentada al sistema para aumentar la energía de los electrones acelerados por segunda vez. El dispositivo utiliza radiación de terahercios de banda estrecha que se encuentra entre el infrarrojo y la radiofrecuencias en el espectro electromagnético, y un solo tubo acelerador tiene solo 1,5 centímetros de largo y 0,79 milímetros de diámetro. Dongfang Zhang y sus colegas del Centro para la Ciencia del láser de electrones libres CFEL en DESY presentan su acelerador experimental en la revista Revisión física X .
El tamaño en miniatura del dispositivo es posible debido a la longitud de onda corta de la radiación de terahercios. "Los aceleradores basados en Terahercios han surgido como candidatos prometedores para las fuentes de electrones compactos de próxima generación", explica Franz Kärtner, científico principal de DESY y jefe delGrupo CFEL que construyó el dispositivo. Los científicos han experimentado con éxito con aceleradores de terahercios antes, lo que podría permitir aplicaciones donde los aceleradores de partículas grandes simplemente no son factibles o necesarios ". Sin embargo, la técnica aún está en una etapa temprana y el rendimiento de los aceleradores de terahercios experimentales.ha estado limitado por la sección relativamente corta de interacción entre el pulso de terahercios y los electrones ", dice Kärtner.
Para el nuevo dispositivo, el equipo usó un pulso más largo que comprende muchos ciclos de ondas de terahercios. Este pulso multiciclo extiende significativamente la sección de interacción con las partículas. "Alimentamos el pulso terahercio multiciclo en una guía de ondas que está revestida con un material dieléctrico,"dice Zhang. Dentro de la guía de onda, la velocidad del pulso se reduce. Un grupo de electrones se dispara en la parte central de la guía de onda justo a tiempo para viajar junto con el pulso". Este esquema aumenta la región de interacción entre el pulso de terahercios y elmanojo de electrones al rango de centímetros - en comparación con unos pocos milímetros en experimentos anteriores ", informa Zhang.
El dispositivo no produjo una gran aceleración en el laboratorio. Sin embargo, el equipo pudo probar el concepto al mostrar que los electrones ganan energía en la guía de onda. "Es una prueba de concepto. La energía de los electrones aumentó de 55 a aproximadamente56.5 kilovoltios de electrones ", dice Zhang." Se puede lograr una aceleración más fuerte usando un láser más fuerte para generar los pulsos de terahercios ".
La configuración está diseñada principalmente para el régimen no relativista, lo que significa que los electrones tienen velocidades que no están tan cerca de la velocidad de la luz. Curiosamente, este régimen permite un reciclaje del pulso de terahercios para una segunda etapa de aceleración."Una vez que el pulso de terahercios abandona la guía de ondas y entra en el vacío, su velocidad se restablece a la velocidad de la luz", explica Zhang. "Esto significa que el pulso supera al grupo de electrones más lento en un par de centímetros. Colocamos una segunda guía de ondas enjusto a la distancia correcta en la que los electrones ingresan junto con el pulso de terahercios que nuevamente se ralentiza por la guía de onda. De esta manera, generamos una segunda sección de interacción, aumentando aún más las energías de los electrones ".
En el experimento de laboratorio, solo una pequeña fracción del pulso de terahercios podría reciclarse de esta manera. Pero el experimento muestra que el reciclaje es posible en principio, y Zhang confía en que la fracción reciclada se puede aumentar sustancialmente. Nicholas Mattlis, científico seniory el líder del equipo del proyecto en el grupo CFEL, enfatiza: "Nuestro esquema en cascada reducirá en gran medida la demanda del sistema láser requerido para la aceleración de electrones en el régimen no relativista, abriendo nuevas posibilidades para el diseño de aceleradores basados en terahercios."
El trabajo está financiado por la UE Synergy Grant AXSIS fronteras en la ciencia de rayos X attosegundos: imágenes y espectroscopía en CFEL. CFEL es una empresa conjunta de DESY, la Universidad de Hamburgo y la Sociedad Max Planck.
DESY es uno de los principales centros de aceleración de partículas del mundo e investiga la estructura y la función de la materia, desde la interacción de pequeñas partículas elementales y el comportamiento de nuevos nanomateriales y biomoléculas vitales hasta los grandes misterios del universo.Los detectores que DESY desarrolla y construye en sus ubicaciones en Hamburgo y Zeuthen son herramientas de investigación únicas. Generan la radiación de rayos X más intensa del mundo, aceleran las partículas para registrar energías y abren nuevas ventanas al universo. DESY es miembro dela Asociación Helmholtz, la asociación científica más grande de Alemania, y recibe su financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación BMBF de Alemania 90 por ciento y los estados federales alemanes de Hamburgo y Brandeburgo 10 por ciento.
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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