Как сообщается на сайте Немецкого электрон-синхротрона DESY, исследовательская группа разрабатывает метод измерения ускорения внутри плазмы.

Международная исследовательская группа под руководством ученых DESY впервые точно измерила процесс ускорения в плазме, не нарушая самого процесса. Результаты, опубликованные группой в журнале Physical Review Letters, открывают новую возможность для более точного понимания процесса ускорения в плазме — результат, который является ключом к более быстрой разработке этой новой технологии ускорения.

Сегодня для ускорения частиц до высоких энергий требуются большие ускорители частиц, некоторые из них имеют длину в несколько километров. Новая технология лазерного ускорения плазмы обещает сделать будущие ускорители частиц до 1000 раз короче, чтобы их можно было использовать, например, в больницах для диагностики и лечения рака или в качестве мобильного устройства в экологической аналитике. В испытательных установках для этой технологии частицы ускоряются короткими лазерными импульсами в каналах длиной всего от нескольких миллиметров до сантиметров. Это работает путем создания плазмы в газе с помощью мощного лазера, в котором смещения зарядов создают огромные электромагнитные поля. Затем в электрическом следе лазерного луча электроны извлекаются из плазмы и сильно ускоряются, образуя сгусток частиц.

Для точного понимания процесса лазерно-плазменного ускорения, длящегося всего несколько фемто- и пикосекунд, необходимо как можно точнее наблюдать, как изменяются свойства ускоряемых частиц в плазме. Группа исследователей DESY преуспела в этом в эксперименте, проведенном в рамках проекта BMBF Innovation Pool PLASMED X. Этот проект PLASMED Xнаправлен на разработку компактного лазера - плазменного источника рентгеновского излучения для медицинской визуализации.

Для своих экспериментов ученые использовали явление томсоновского рассеяния, то есть рассеяния легких частиц электронами. Они разделили лазерный луч, обычно используемый для ускорения электронов, на две части. Команда использовала одну из этих частей для ускорения электронов. Другая часть накладывалась на ускоренные электроны в плазменном канале, чтобы свет мог взаимодействовать с электронами и рассеиваться на них. Исследователи запустили этот процесс рассеяния в 20 точках плазмы на расстоянии 400 микрометров и использовали детектор рентгеновского излучения для измерения энергии фотонов, рассеянных во время этих взаимодействий. Из этих измерений команда смогла реконструировать эволюцию энергии электронов на большей части длины ускорителя, не нарушая ни электронный пучок, ни сам процесс ускорения. Поэтому они смогли точно проследить, в какой точке плазменной ячейки ускоряются электроны и насколько сильно.

Cсылка на статью, находящуюся в открытом доступе:

In Situ Measurement of Electron Energy Evolution in a Laser-Plasma Accelerator; S. Bohlen, T. Brümmer, F. Grüner, C. A. Lindstrøm, M. Meisel, T. Staufer, M. J. V. Streeter, M. C. Veale, J. C. Wood, R. D’Arcy, K. Põder, and J. Osterhoff; Phys. Rev. Lett. 129, 244801, DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.244801.