11 آگوست 2020توسط بن رابینسون ، دانشگاه منچستر
دانشمندان با موفقیت شتابدهنده ذره ای کوچک را ساخته اند که قادر به تولید پرتوهای الکترونی فوق العاده کوتاه با نور لیزر با سرعتی نزدیک به 99.99٪ سرعت نور است.
برای دستیابی به این نتیجه ، محققان مجبور بودند تا سرعت الکترون ها را با استفاده از یک ساختار فلزی طراحی شده خاص که با لایه های کوارتز نازک تر از موی انسان تعبیه شده است ، برای دستیابی به این سرعت نزدیک به سرعت نور تطبیق دهند.
این جهش بزرگ رو به جلو به طور هم زمان امکان اندازه گیری و دستکاری دسته هایی از ذرات را در مقیاس های زمانی کمتر از ده femtoseconds یا 0.000 000 000 000 01 ثانیه را فراهم می کند. این امر به آنها امکان می دهد تا عکس هایی از حرکت اتمی ایجاد کنند.
این نشانه های موفقیت آمیز ، راه را برای توسعه شتابدهنده های پرانرژی و با کیفیت بالارا Terahertz (THz) هموار می کند ، و این وعده را می دهد که آنها ارزان تر و جمع و جور تر هستند. کاهش اندازه و هزینه فن آوری شتاب دهنده ، پای این ماشین های باورنکردنی را به طیف گسترده تری از برنامه ها باز می کند.
شتاب دهنده های ذرات با کاربردهای مختلف در تحقیقات اساسی در فیزیک ذرات ، توصیف مواد ، رادیوتراپی در بیمارستان ها ، که در آنها برای معالجه بیماران سرطانی انجام میشود ، تولید رادیوایزوتوپ برای تصویربرداری پزشکی و غربالگری امنیتی محمولات مورد استفاده قرار می گیرد. فناوری اولیه (نوسانگرهای فرکانس رادیویی) که در رده زیر این ماشین ها قرار دارد ، برای رادارها در جنگ جهانی دوم توسعه داده شدند.
در تحقیقات جدیدی که امروز در Nature Photonics منتشر شده است ، یک تیم مشترک از دانشگاهیان نشان می دهد که راه حل بی نظیر آنها استفاده از لیزرها برای تولید پالس های فرکانس تراهرتز نور است. Terahertz ناحیه ای از طیف الکترومغناطیسی بین مادون قرمز (مورد استفاده در ریموت تلویزیون) و مایکروویو (مورد استفاده در اجاق های مایکروویو) است. تشعشع THZ با استفاده از لیزر در اندازه گیری طول موج ایده آل میلی متر وجود دارد و ساخت آن ساده تر می شود . اما مهمتر از همه طول نیمه چرخه است که برای شتاب دسته های کامل الکترونی با سطح بالایی از بار مناسب است.
دکتر مورگان هیبرد از دانشگاه منچستر ، نویسنده اصلی این مقاله گفت: “چالش اصلی تطبیق سرعت شتاب دهنده میدان THz با سرعت پرتوی الکترونی تقریباً پر سرعت و در عین حال مانع از سرعت ذاتی پایین تر است. پاکت پالس THz از طریق ساختار شتاب دهنده ما از کاهش قابل ملاحظه ای که طول حرکت و الکترون ها در آن تعامل دارند ، پخش می شود. “
وی گفت: “ما با ایجاد یک منبع منحصر به فرد THz که پالس های طولانی تری تولید می کند وحاوی فرکانس های باریک و محدود است و این تعامل را به طور چشمگیری افزایش می دهد ، این مشکل را بر طرف کردیم. اصلاحات برای افزایش انرژی منبع THz ما ، که در حال حاضر در حال انجام است. “
پروفسور استیون جیمیسون از دانشگاه لنکستر که به طور مشترک این برنامه را رهبری می کند ، توضیح داد: شتاب کنترل شده بیم های نسبیتی با پالس های لیزر مانند فرکانس تراهرتز یک نقطه عطف در توسعه یک رویکرد جدید برای شتاب دهنده های ذرات است و در استفاده از فرکانس های الکترومغناطیسی بیش از صد برابر بیشتر در مقایسه با شتاب دهنده های ذره معمولی ، پیشرفتی انقلابی در کنترل بیم های ذره در مقیاس زمانی فموتوس ثانیه امکان پذیر است. “
“با نشان دادن شتاب تراهرتز ذرات که با 99.99٪ سرعت نور حرکت می کنند ، ما مسیری را برای مقیاس گذاری شتاب تراهرتز با انرژیهای بسیار نسبی پذیرفته ایم.”
در حالی که محققان توجه زیادی به نقش طولانی مدت مفاهیم خود در تعویض شتابدهنده های تحقیقاتی در مقیاس چند کیلومتری (مانند منبع اشعه ایکس 3 کیلومتری اروپا در هامبورگ) با دستگاه هایی با طول فقط متر دارند ، آنها انتظار دارند که این فناوری تأثیرات فوری در زمینه های رادیوتراپی و توصیف مواد داشته باشد.
دکتر دارن گراهام ، مدرس ارشد فیزیک در دانشگاه منچستر گفت: “دستیابی به این نقطه عطف بدون داشتن محیط مشترک منحصر به فرد ارائه شده توسط موسسه Cockcroft ، که به جمع دانشمندان و مهندسان دانشگاه لنکستر کمک کرده است ، ممکن نبود.
https://phys.org
