Acelerador láser. Aceleradores de plasma

Como al principio, es necesario acelerar en campos enfocados fuertes, en los cuales el componente longitudinal del campo eléctrico es esencial, pero en tales campos la velocidad de onda de fase a lo largo del eje de la propagación es mayor que la velocidad de la luz, por lo tanto, Los electrones se quedan rápidamente detrás del campo acelerado. Para compensar el último efecto, se propuso acelerarse en un gas donde la constante dieléctrica relativa es mayor que la unidad, y la velocidad de fase disminuye. Sin embargo, en este caso, la restricción significativa es la que ya con las intensidades de radiación del orden de 10 14 w / cm² se ionizan, formando un plasma, lo que conduce al desenfoque del rayo láser. Se demostró un método similar experimental en la modulación de 3.7 MEV del haz de electrones que tenían energía 40 MEV.

Aceleración en la onda de plasma.

En la propagación de un pulso láser bastante intensivo en el gas, es la ionización con la formación de un plasma no equilibrio, en el que se debe al impacto ponderomotor. radiación láser Es posible excitar la llamada ola de Kilvater: una ola de Langmurovskaya corriendo después del impulso. En esta ola hay fases en las que el campo eléctrico longitudinal se acelera para que los electrones se ejecutan junto con la onda. Dado que la velocidad de la fase de la onda longitudinal es igual a la velocidad del grupo del pulso del láser en un plasma, que solo un poco menos que la velocidad de la luz, los electrones relativistas pueden estar en la fase de aceleración por mucho tiempo, adquiriendo una considerable energía. Este método de aceleración de los electrones se propuso por primera vez en 1979.

Con un aumento en la intensidad del pulso del láser, la amplitud de la onda plasmática emocionada aumenta y, como resultado, aumenta la tasa de aceleración. Con intensidades suficientemente altas, la onda de plasma se vuelve no lineal y, al final, se derrumba. Al mismo tiempo, es posible tener un modo de propagación fuertemente no lineal del pulso del láser en un plasma, así que llame al modo de burbuja (o balbuceo) en el que se forma la cavidad detrás del pulso láser, similar a una burbuja, casi completamente desprovisto de electrones. En esta cavidad también hay un campo eléctrico longitudinal que puede acelerar efectivamente los electrones.

Experimentalmente, el haz de electrones se obtuvo experimentalmente en la interacción lineal, acelerada a energías del orden de 1 GEV en la carretera de 3 cm de largo. Para compensar la divergencia de difracción del pulso láser en este caso, se usó una guía de onda adicional en el formulario. de un fino capilar. Un aumento en la potencia del pulso láser al nivel de la Petavatt hizo posible aumentar la energía de electrones a 2 GEV. Se logró un aumento adicional en la energía electrónica debido a la separación de los procesos de su inyección en la onda de plasma acelerada y el proceso de aceleración. Este método en 2011 se obtuvo electrones con una energía de aproximadamente 0,5 GEV, y en 2013 se excedió el nivel 3 del GEV, y la longitud total del canal acelerador fue de solo 1,4 cm (4 mm, etapa de inyección, 1 cm - Etapa acelerativa). En 2014, en el laboratorio nacional que lleva el nombre de Lawrence en Berkeley, se obtuvieron los primeros. resultados experimentales Al acelerar los electrones en el capilar, de 9 cm de largo con el láser de Bella. En estos experimentos, la aceleración a una energía que excede los 4 GEV, un pulso láser con una capacidad de 0.3 PVT, que se convirtió en un nuevo registro.

En el modo de interacción no lineal, la energía máxima alcanzada fue de 1.45 GEV en una pista de 1,3 cm de largo. En el experimento, se utilizó un pulso láser con una capacidad de 110 televisores.

ver también

Escribe una revisión sobre el artículo "Aceleración láser de electrones"

Notas

R. Joel England et al. Rvdo. Modificación. Phys. DOI: 10.1103 / Revmodphys.86.1337.
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Literatura

Científico

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Científico y popular

L. M. Gorbunov // Naturaleza. - 2007. - № 4.
V. YU. BYCHENKOV // Ciencia y vida. - 2010. - № 12.

Un extracto caracterizando la aceleración del láser de los electrones.

Habiendo llegado a San Petersburgo, Pierre no le informó a nadie acerca de su llegada, y comenzó a pasar los días completos para leer los tramposos del Campio, el libro que fue desconocido por quién se le entregó. Uno y todo lo que entiende Pierre, leyendo este libro; Entendió el placer inexplorado de creer en la posibilidad de lograr la perfección y la posibilidad de amor fraterno y activo entre las personas, abiertas a él Osipov Alekseevich. Una semana después de su llegada, el joven recuento polaco de Villarsky, a quien Pierre sabía superficialmente en la Luz de San Petersburgo, entró en su habitación en su velada con la apariencia oficial y solemne, con quien el Secundante Dolokhova vino a él y, defendiendo la puerta. Y asegurándose de que no hubo nadie en la habitación, además de Pierre, no lo fue, lo abordaron:
"Vine a usted con las instrucciones y una oración, una gráfica", dijo, sin sentarse. - especialmente, muy altamente suministrado en nuestra fraternidad, solicitó que fue llevado a la hermandad de la fecha límite, y me invitó a ser su garante. Leí el cumplimiento de la voluntad de esta persona para la deuda sagrada. ¿Te gustaría unirte a mi garantía en la Hermandad de la gente de aterrizaje libre?
El frío y estricto tono del hombre, a quien Pierre se ve casi siempre en las balas con una sonrisa amable, en la sociedad de las mujeres más brillantes, golpeó Pierre.
"Sí, deseo", dijo Pierre.
Villarsky inclinó la cabeza. "Otra pregunta, una gráfica, dijo, en la que no soy como un futuro albañil, sino como una persona honesta (Galant Homme), le pido que me respondas: ¿Redimió de tus creencias anteriores, crees en ¿Dios?
Pense Pierre. "Sí ... Sí, creo en Dios", dijo.
"En ese caso ..." comenzó a Willar, pero Pierre lo interrumpió. "Sí, creo en Dios", dijo de nuevo.
"En ese caso, podemos irnos", dijo Villar. - Mi carruaje está a su servicio.
Todo la forma en que Villarsky estaba en silencio. Las preguntas de Pierre, lo que necesita para hacer y cómo responder, Villarsky dijo que solo los hermanos, más digna, lo intentarán, y que Pierre nada necesita ser más, cómo decir la verdad.
Habiendo entrado en la puerta de una gran casa donde había una habitación del albergue, y había pasado en las escaleras oscuras, entraron en la iluminada, un pequeño pasillo, donde sin la ayuda de sirvientes, filmó abrigos de piel. Desde el frente se fueron a otra habitación. Lo que una persona en una roba extraña parecía desde la puerta. Villarsky, que se dirigió hacia él, algo en silencio le dijo en francés y se acercó a un pequeño armario, en el que Pierre notó las túnicas sin precedentes. Tomando una bufanda desde el gabinete, Villarsky lo puso a los ojos de Pierre y ató el nudo por detrás, capturando dolorosamente su cabello al nodo. Luego lo quemó a sí mismo, besó y, tomando su mano, llevó a algún lugar. Pierre fue herido del cabello atraído por un nodo, arrugó contra el dolor y sonrió a la vergüenza de algo. La enorme figura de él con las manos bajó, con una fisonomía arrugada y sonriente, con pasos tímidos incorrectos más allá de Willar.
Habiendo sostenido sus pasos diez, Villarsky se detuvo.
"Lo que le pase a usted", dijo, "debe soportar todo con coraje, si decidió firmemente unirte a nuestra fraternidad. (Pierre respondió afirmativamente las cabezas). Cuando escuchas un golpe en la puerta, desatarás los ojos ", agregó Villarsky; - Te deseo coraje y éxito. Y, habiendo sacudido la mano, salió Villarsky.
Solo se queda, Pierre continuó sonriendo. Dos veces se encogió de hombros, trajo su mano a la bufanda, como si deseara eliminarlo, y otra vez lo bajó. Cinco minutos, que se quedó con los ojos atados, le pareció una hora. Sus manos emitidas, las piernas fueron cortadas; Le parecía que estaba cansado. Experimentó los sentimientos más complejos y diversos. Era terriblemente el hecho de que le sucediera, y aún más terrible cómo no mostraba el miedo. Tenía curiosidad por saber qué le sucedería que él abriría; Pero, sobre todo, se alegró de que llegó un minuto cuando finalmente entraría en el camino de la renovación y una vida virtuosa que había soñado con su reunión con Osipo Alekseevich. Fuertes golpes escuchados en la puerta. Pierre se quitó el vendaje y miró a su alrededor. La habitación era negra - oscura: solo en un solo lugar, la lámpara estaba ardiendo, en algo blanco. Pierre se acercó más y vio que la lámpara estaba de pie en la mesa negra, en la que se estaba mintiendo un libro abierto. El libro era el Evangelio; Ese blanco, en el que la lámpara estaba ardiendo, era un cráneo humano con sus agujeros y dientes. Después de leer las primeras palabras del Evangelio: "Al principio, la Palabra y la Palabra ser para Dios", Pierre caminó alrededor de la mesa y vio un gran, lleno de algo y una caja al aire libre. Era un ataúd con huesos. No le sorprendió lo que vio. Con la esperanza de unirse perfecto nueva vida, completamente diferente de lo primero, esperaba que todo lo extraordinario, aún más inusual de lo que vio. Cráneo, ataúd, Evangelio: le pareció que esperaba todo esto, esperaba aún más. Tratando de causar una sensación de fortuna, miró a su alrededor. "Dios, la muerte, el amor, la fraternidad de las personas", se dijo a sí mismo, comunicándose con estas palabras de vaga, pero las ideas alegres de algo. La puerta se abrió, y alguien entró.
Con la luz débil, a la que, sin embargo, Pierre ya había logrado mirar, una persona baja ingresada. Aparentemente de la luz entrando en la oscuridad, este hombre se detuvo; Luego, con pasos cuidadosos, se movió a la mesa y lo puso pequeño, cerrado con guantes de cuero, manos.
Este hombre corto estaba vestido con un delantal blanco de cuero, cubierto de su pecho y una parte de las piernas, en el cuello, llevaba algo como un collar, y debido al collar, había un alto, blanco Jabor, que se enfocó Su cara oblonga, iluminada desde abajo.
- ¿Por qué viniste aquí? - Preguntó el incluido, en el susurro hecho por Pierre, girándose hacia su lado. - Por lo que usted, que está increíble en la verdad de la luz y no viendo las luces, por lo que vino aquí, ¿qué quieres de nosotros? ¿Sabiduría, virtud, iluminación?
En ese momento, a medida que la puerta se abrió y una persona desconocida, Pierre experimentó un sentido de miedo y temor, así, él, en la infancia, estaba experimentando a la confesión: se sintió con un ojo en sus ojos con un completo extraño en las condiciones de vida y con Amados, en la fraternidad de la gente, hombre. Pierre con una respiración emocionante con un latido del corazón se mudó al ardiente (el hermano, que se llama What, que busca en Masonería, que busca buscar ingreso a la Hermandad). Pierre, acercándose, se acercó, se enteró en el ritis de un hombre familiar, Smolyaninova, pero era ofensivo pensar que la persona incluida era familiar: solo se incluyó hermano y un mentor virtuoso. Pierre no pudo distorsionar las palabras durante mucho tiempo, por lo que Ritor tuvo que repetir su pregunta.
"Sí, yo ... yo ... quiero actualizar", dijo Pierre apenas.
"Bueno", dijo Smolyaninov, e inmediatamente continuó: ¿Tiene usted un concepto sobre los fondos que nuestra Orden Sagrado lo ayudará a lograr su objetivo? ... "dijo Ritor con calma y rapidez.
"Yo ... espero ... liderazgo ... Ayuda ... En la actualización", dijo Pierre con un batido de votación y con dificultad para hablar, tener lugar y de emoción, y de inusual a hablar ruso sobre el resumen. artículos.
- ¿Qué concepto tienes sobre Frank Freemasonery?
- Quiero decir que Frank Freemasonry es FRATERENITE & EACUTE [Brotherhood]; Y la igualdad de las personas con objetivos virtuosos ", dijo Pierre, cadena como dijo, la inconsistencia de sus palabras con minutos de solemnidad. Quiero decir…
"Bien", dijo Ritor apresuradamente, aparentemente bastante satisfecho con esta respuesta. - ¿Ha estado buscando fondos para lograr su objetivo en la religión?
"No, la consideré injustamente, y no la seguí", dijo Pierre tan silenciosamente, que Ritor no lo escuchó y le preguntó qué dice. "Yo era un ateo", respondió Pierre.

Plan:

1 Aceleración directa con campo láser.
2 Aceleración en la onda de plasma.
3 notas

5.1 científico
5.1.2 Científico y popular

Introducción

Aceleración láser de electrones. - El proceso de acelerar el haz de electrones utilizando radiación láser suprema. Es posible tanto la aceleración directa por radiación electromagnética y la aceleración mediada en una onda de Langmühir excitada por un pulso láser que se propaga en un plasma de baja densidad. Este método se obtuvo experimentalmente por haces de electrones con energías que excedían 1 GEV.

1. Aceleración directa con campo láser.

La aceleración directa del campo láser es ineficaz, ya que en un problema estrictamente unidimensional, el electrón que cae en el campo del pulso láser, después de la salida de ella tiene la misma energía que al principio, es decir, es necesario para acelerar en campos enfocados fuertes en los que el componente longitudinal del campo eléctrico es esencial, pero en tales campos la velocidad de la onda fasada a lo largo del eje de distribución más velocidad Luces, por lo tanto, los electrones se retrasan rápidamente detrás del campo acelerado. Para compensar el último efecto, se propuso acelerarse en un gas donde la constante dieléctrica relativa es mayor que la unidad, y la velocidad de fase disminuye. Sin embargo, en este caso, la restricción significativa es la que ya con las intensidades de radiación del orden de 10 14 w / cm² se ionizan, formando un plasma, lo que conduce al desenfoque del rayo láser. Se demostró un método similar experimental en la modulación de 3.7 MEV del haz de electrones que tenían energía 40 MEV.

2. Aceleración en una onda de plasma.

En la propagación de un pulso láser bastante intensivo en el gas, es la ionización con la formación de un plasma de noquilibrio, en el que la llamada onda tweeter es posible debido al efecto ponderomotor-motor de la radiación láser: la onda de langmühravskaya, corriendo después del impulso. En esta ola hay fases en las que el campo eléctrico longitudinal se acelera para que los electrones se ejecutan junto con la onda. Dado que la velocidad de la fase de la onda longitudinal es igual a la velocidad del grupo del pulso del láser en un plasma, que solo un poco menos que la velocidad de la luz, los electrones relativistas pueden estar en la fase de aceleración, durante mucho tiempo, adquiriendo energía considerable . Este método de aceleración de los electrones se propuso por primera vez en 1979.

3. Notas

E. ESAREY, P. SPLADA, J. Krall Aceleración láser de electrones en vacío - dx.doi.org/10.1103/physReve.52.5443 (inglés) // Phys. Rvdo. MI.. - 1995. - T. 52. - P. 5443.
T. TAJIMA, J. M. DAWSON Acelerador de electrones láser - dx.doi.org/10.1103/physrevlett.43.267 (Ing.) // Phys. Rvdo. Letón.. - 1979. - T. 43. - P. 267.
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Literatura

5.1. Científico

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A. V. Koryovanov, A. A. A. A. GONOKOV, E. A. KHAZANOV, A. M. SERGEEV Horizontes de Complejos Láser Petavat - UFN.RU/RU/Artículos/2011/1/c/ // Ufn. - 2011. - T. 181. - P. 9-32.

5.1.2. Científico y popular

L. M. Gorbunov ¿Por qué necesitas pulsos láser de servicio pesado? - vivovoco.astronet.ru/vv/journal/nature/04_07/LASER.HTM // Naturaleza. - 2007. - № 4.
V. YU. BYCHENKOV Cincuenta años láser. Nuevo paso: acelerador en la tabla - www.nkj.ru/archive/articles/18951/ // Ciencia y vida. - 2010. - № 12.

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Este resumen se basa en un artículo de Russian Wikipedia. Sincronización realizada 19/07/11 11:25:29
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Los aceleradores de partículas cargadas han dejado de ser de dispositivos científicos exclusivamente. Hoy en el mundo hay números.más de 30 mil aceleradores, y su parte principal se utiliza para la radioterapia del cáncer, la esterilización y la producción de materiales semiconductores. Por ejemplo, para convertir una placa de silicio limpia en un microchip, debe introducir átomos de impurezas en espacios estrictamente asignados, y el acelerador es adecuado para esto, ya que es imposible. Los aceleradores más compactos, más confiables y más baratos, más rentables para usarlos y más pueden encontrar nuevas tareas para ellos.

En los primeros aceleradores.usando alto voltaje, se creó un potente campo electrostático, lo que recoge y acelera las partículas cargadas. Pero el generador capaz de emitir más de un millón de voltios es un complejo, querido y pesado en circulación. Tal voltaje puede crear una descarga eléctrica hacia otros artículos a una distancia de los medidores de más de los medidores. Hoy en día, en lugar de un voltaje constante, las partículas aceleran, muchas veces la aplicación de un campo eléctrico alterno.

Descripción

Así que todos los aceleradores modernos funcionan, pero este método ya ha alcanzado su límite. Para desarrollar dichos dispositivos, muchos físicos estudian la posibilidad de acelerar las partículas cargadas por el campo que ocurre cuando la radiación láser interactúa con la sustancia. Los pulsos láser pueden concentrar la energía en flashes muy cortos y, por lo tanto, garantizar una potencia extremadamente alta sin la construcción de instalaciones complejas.

Para disipar las partículas (protones, por ejemplo) con la ayuda de un láser, la física en las últimas décadas se dirige por pulsos láser en papel de aluminio. En este caso, el campo electromagnético acelera parte de los electrones dentro de la onda de luz, como resultado de los cuales al ras de aluminio, creando dos áreas cargadas de diferente en el material. Y donde hay dos áreas cargadas cargadas con el signo opuesto, hay un campo eléctrico, que luego puede recoger partículas y darles el impulso necesario.

Ver también:

Los experimentos anteriores con rayos láser y lámina mostraron que esto se puede eliminar de los protones materiales con una energía de hasta 8 MEV. Esto corresponde a la energía que recibirá un electrón, volando entre puntos con una diferencia potencial de 8 millones de voltios. Esto ya es suficiente para muchos casos de uso de aceleradores en la práctica, pero poco para los aceleradores médicos. Por ejemplo, las partículas con energía de más de cientos de MEV se usan generalmente para la terapia de protones del cáncer.

Y es para que la quema dirigida de tumores sea relevante para crear aceleradores más baratos. El hecho es que ahora para estos fines, tiene que construir sincrotrones complejos que pesan cientos de toneladas, por lo tanto, en el mundo, solo hay unos cincuenta lugares del mundo, donde puede llevar a cabo la terapia de protones (hay varios de ellos en Rusia). Naturalmente, que un dispositivo de este tipo será más barato, cuanto más se pueden construir y se puedan salvar más vidas.

Descripción

Nueva publicación B. Física de comunicaciones. Describe un enfoque algo modificado: en lugar de un pulso poderoso con una energía de 1.1 JOULE, los físicos suecos ofrecieron tomar dos pulsos de 0.55 JOULE cada uno. En la práctica, esto significa que un impulso se dividió en dos con la ayuda de un espejo translúcido. Dos rayos caen sobre una lámina en algún ángulo, y, como lo demuestra la simulación, aumenta significativamente la energía de los protones que fluyen sin costos adicionales. Según los cálculos de los científicos, el circuito con dos rayos aumenta la máxima energía de protones a 14 MEV.

Pero para la medicina todavía no es suficiente. En los protones obtenidos en la interacción de la radiación láser, demasiado amplio espectro, la energía de las partículas se distribuye de manera desigual entre ellos, y algunos movimientos son notablemente más lentos. Pero la proporción de partículas que recibió energía sobre 1 MEV ha crecido cinco veces. Esto le permite contar con un mayor progreso en esta área. Los investigadores enfatizan que el rayo láser se puede dividir en un número mayor de piezas. Es posible que la selección correcta de la configuración de las vigas logre aún mejores resultados.

Hola, mi nombre es Alexander, y soy un físico. Desde el lado puede parecer una oración, pero de hecho lo es. Sucedió así que lo hago investigación fundamental En la física, a saber, las partículas cargadas explorables: protones y todos aquellos que son iones más positivos, es decir. En los estudios, no uso grandes aceleradores como un tanque, y dispare un láser de lámina, y el pulso de protones vuela fuera de la lámina.

Ahora unas pocas palabras sobre mí. Me gradué de la Facultad de Facultad de Fotónica y Optoinformatics Ito en San Petersburgo, luego fui a la magistratura en la Universidad de Aalto (esto en Finlandia) en dirección a micro y nanotecnologías, y luego escupí en todas estas cosas pequeñas, microscopios. , y especialmente la sala limpia. Y fui a la ciencia fundamental con grandes láseres. Ahora estoy trabajando en la escuela de posgrado en el suroeste de Suecia en la ciudad de Lund en la Universidad del mismo nombre. Se trata de la distancia del cañón disparado desde Copenhague.

Ambos acelerados y volaron

Por sí mismos aceleradores de partículas cargadas, la idea no es nueva, pero el método que los aceleré relativamente fresco, sobre mi compañero. Le permite reducir significativamente el tamaño del acelerador y su costo, incluido el costo del trabajo y el mantenimiento. La diferencia entre los dos tipos se puede estimar en la imagen a continuación.

Acelerador lineal electrostático izquierdo (un poco desmontado); A la derecha - mi pequeño, pero orgulloso hacedor de agujeros en papel de aluminio

Comparemos más comparación con estas dos muestras de un genio físico sombrío. Mire el acelerador izquierdo y, a la derecha, luego de nuevo a la izquierda y nuevamente a la derecha: Sí, mío a caballo (broma - Aprox. Autor). De hecho, el mío ocupa un medidor de diámetro, y los protones sí mismos se aceleran de una hoja de papel de aluminio. Su titular está exactamente en el centro del círculo, la hermosa falda de cobre se espera. Es mucho más sencillo y más compacto con la muestra izquierda, que es del tamaño del autobús y, además, se llena de gases sofocantes. Por lo tanto, la abundancia de auto-endureciendo (la física a menudo sucede que cuanto menos, mejor), también puede comunicarse con la física del proceso de aceleración.

Como aceleramos las partículas cargadas, hágalo el campo eléctrico más lógico. Caracterizaremos el campo con tensiones. Para aquellos que, después de la escuela, fueron a la parte delantera y trasera, recordándole: tensión de campo eléctrico - Vector cantidad físicacaracterizar el campo eléctrico en un punto dado y numéricamente igual a la proporción de fuerza que actúa sobre la carga de punto fijo colocada en este punto Campos a la magnitud de este cargo. (Copiepad sucio de Wikipedia). Tiene dimensión in / m. Volviendo a la comparación, el acelerador de la izquierda acelera protones a 4 MEV (Megaelectronvolt), es decir, 2.77 * 10 7 m / s o 9.2% de la velocidad de la luz. Dado que la carga de protones es 1, y la longitud del acelerador del medidor es dos, entonces la intensidad del campo será de 2 MV / m. Aquí sugerimos que en todos los lugares se dirige el campo en una dirección y, en general, estaban muy cerca de la verdad. El elegante acelerador tiene un campo de tensión del orden de varios televisores / m, es decir, aproximadamente un millón de veces más. Aún así, vale la pena reconocer que su longitud es solo unos pocos micrones.

Entonces, en este punto descubrimos cuyo campo es más fresco. Es hora de recurrir a mecanismos físicos y de ingeniería que se crea este campo. En el caso de un acelerador convencional, hay dos hojas de metal, una de las cuales está cargada negativamente, y la segunda es de ninguna manera. Recuerde que el experimento escolar sobre frotar los palos de ebonita de un trozo de lana. Aquí el principio es absolutamente el mismo, pero la ejecución es mucho más complicada. Si acelera a los protones de la lámina, el campo es creado por electrones, los electrones están volando fuera del plasma caliente, el plasma se obtiene y se calienta por un láser y la parte restante de la publicación.

¿Quieres que lo derriba, y él será púrpura en Krapinka?

Si derramas lo suficientemente fuerte, entonces puedes ver mucho maravilloso. fenomeno fisico. Así es como los chicos de Harvard recibieron hidrógeno metálico, y luego lo perdieron.

En mi caso, disparo un láser de lámina. Para obtener más detalles, lo describiré después de explicar la física no trivial de los procesos de obtención de materia densa cálida, así es como se llama el científico el plasma, que es el culpable de la celebración de la aceleración de mis protones. Y ahora sobre todo en orden.

El láser genera pulsos de una longitud de onda de 800 nm y 35 FS que duran (10 -15 s), es decir, la longitud real del pulso en vacío es de aproximadamente 10 micrones. En este impulso, aproximadamente 2 J Energía, y esto es mucho. Si toma este pulso y se enfoca en la lámina en un punto redondo limpio de 5 μm con un diámetro, entonces la intensidad será de aproximadamente 10 20 W / cm 2. Esto ya es mucho indecente. Nuevamente un poco de comparación: el acero se puede cortar tranquilamente con una intensidad de 10 8 con cm 2 (bueno, o así).

De hecho, el pulso láser debido a las características del diseño del amplificador tiene un pedestal precedente durante aproximadamente 500 PS, y este pedestal ayuda a acelerar bien los protones.

Ionizado - significa armado

Recordemos lo que sucede con la luz cuando cae en la sustancia. La energía debe ser preservada, lo que significa que solo hay tres opciones para eventos: reflexión, transmisión y absorción. En la vida dura, todos se enumeran de inmediato. En la misma etapa temprana Estamos interesados \u200b\u200ben la absorción.

Entonces, tenemos un pedestal, que también nos centramos en un pedazo de papel de aluminio, y él está perfectamente absorbido allí. No entrar en la complejidad de la física. sólido, Considere la absorción de un átomo separado. De mecánica cuántica Sabemos que solo se puede absorber un fotón, cuya energía es exactamente igual a la energía de la transición de electrones de un estado a otro. Si la energía del fotón es mayor que la energía de la ionización (es decir, enviando un electrón del nido de los padres a un viaje gratuito), entonces el exceso entrará en la energía cinética del electrón, todo es simple. En nuestro caso, los fotones con una longitud de onda de 800 nm no poseen energía suficiente (esta es la energía de un fotón, y no todo el impulso!) Para ionizar el objetivo, pero aquí la física viene a ayudarnos. ¿Recuerdas, mencioné la mayor intensidad de radiación? Si aún recordamos que la luz se puede representar como una corriente de fotones, y la intensidad es directamente proporcional a ella, resulta que el flujo de fotones es muy grande. Y si el flujo es tan grande, entonces la probabilidad es que varios fotones llegarán en un solo lugar y, a la vez, y al absorber su energía se colapsará, y la ionización aún sucederá. Este fenómeno, curiosamente, se llama ionización multifoton, y lo usamos regularmente.

En este momento tenemos que los electrones se arrancan con éxito, lo que significa que el impulso principal llega a un plasma listo y comienza a calentarlo.

Conceptos básicos de la física plasmática (no se le ocurrió una broma, ah)

Antes de calentar, vale la pena hablar un poco sobre el plasma como un estado de materia. El plasma, es como el gas, solo los electrones por separado, y los núcleos por separado. Consideraremos nuestro plasma por gas casi perfecto, pero que consiste en electrones.

Nuestro la característica principal El plasma será su densidad (el número de electrones por volumen de unidad), continuaremos esta cantidad en el futuro, denotamos $ N_E $ (para no confundirse con el índice de refracción), y la temperatura de estos electrones es la más Los electrones, es decir, su velocidad media. Esto se describe por la distribución de Boltzmann de la misma manera que en el curso de la escuela de la escuela:

$$ Mostrar $$ \\ FRAC (M_E V ^ 2) (2) \u003d \\ frac (1) (2) k_b t_e, $$ Mostrar $$

Donde debería ser fácilmente

Mostrar $$ \\ langle v \\ rangle \u003d \\ sqrt (k_b t_e / m_e), $$ Mostrar $$

Cuando $ K_B $ K_B $ en línea $ - Permanente Boltzmann, $ en línea $ T_E $ en línea $ - Temperatura electrónica, y $ en línea $ M_E $ en línea $ - Masa de electrones. Sí, aquí observamos un caso de un año, pero más para nosotros describir nuestros procesos y no lo necesitamos.

Ahora aplicaremos un campo eléctrico al plasma ya descrito. Permítanme recordarle que hay un plasma de partículas cargadas y, por lo tanto, en una densidad dada a cierta distancia del lugar donde colocamos el campo, los electrones se observan (blindados) por la fuente (una multitud de marinero pequeño - aprox. . Autor). La distancia que es necesaria para esto se llama Longitud de DebAevsky y está dada por la ecuación.

$$ Mostrar $$ \\ lambda_d \u003d \\ sqrt (\\ frac (\\ epsilon_0 k_b t_e) (q ^ 2_e n_e)). $$ Mostrar $$.

Aquí $ En línea $ q_e $ en línea $ se le cobran obviamente la carga de electrones, y $ en línea $ \\ epsilon_0 $ en línea $ es la permeabilidad dieléctrica del vacío, una constante fundamental. Analizamos esta fórmula ligeramente para verlo una física simple del proceso. Al aumentar la densidad de los electrones, reducimos la distancia promedio entre ellos, como resultado de una distancia más pequeña, recolectamos suficientes electrones para proteger completamente nuestro campo. Por otro lado, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la distancia promedio entre los electrones.

Debido al efecto de blindaje y completamente definido (a la temperatura), la velocidad promedio del movimiento del electrón plasmático reacciona al campo que se acerca de repente no al instante. Es lógico asumir que el tiempo de respuesta se asocia con la longitud y la velocidad de DebAevsky del movimiento de electrones. Buena analogía - tiro de piedra en el lago. En comparación con todo un lago, la piedra afecta la superficie del punto de agua. Parte del agua cambia inmediatamente (es donde se hundió), y luego las olas comienzan a extenderse a lo largo del stroito de agua. En el caso del plasma, el campo eléctrico apareció repentinamente es una piedra. El tamaño del PLUK se debe a la longitud de blindaje (el campo no actúa más adelante), y la propagación de las olas depende de qué cierre los electrones sean entre sí. Podemos ingresar tal característica como un tiempo de respuesta de plasma:

$ en línea $ t_d \u003d \\ lambda_d / v $ en línea $. En general, nos muestra el tiempo para el cual la información sobre el cambio en el campo adjunto alcanzará aquellos electrones que este campo parece haber visto.

Ya que somos físicos, el tiempo que no nos gusta. Es mucho más conveniente trabajar con frecuencias, por lo que introduciremos el concepto de frecuencia de plasma propia. Este valor nos mostrará con qué frecuencia podemos cambiar el campo para que toda la acumulación de electrones, que llamamos con orgullo el plasma, ha logrado responder a estos cambios. ¿Qué puede ser más fácil? Dividimos la unidad para el tiempo de respuesta, y aquí es la frecuencia:

$$ Mostrar $$ \\ omega_p \u003d \\ frac (1) (t_d) \u003d \\ sqrt (\\ frac (q ^ 2_e n_e) (\\ epsilon_0 m_e)). $$ Mostrar $$.

Es fácil ver que su propia frecuencia de fluctuaciones en plasma depende de la densidad de los electrones. Cuantos más electrones, mayor será la frecuencia. Puedes pasar otra analogía, pero esta vez con un péndulo de primavera. La gran densidad de electrones nos dice que están más cerca del uno al otro, y por lo tanto interactúan más. Asignamos que su interacción con la proporción directa se asocia con la elasticidad de los resortes del péndulo. Y cuanto más elasticidad, mayor será la frecuencia de las oscilaciones.

La frecuencia propia del plasma también define su índice de refracción. Para ser honesto escribir la ecuación de onda del movimiento colectivo de los electrones en el plasma, y \u200b\u200bluego asumir pequeños cambios en la densidad electrónica (no haremos esto aquí, porque es aburrido), luego se establece el índice de refracción:

$$ Mostrar $$ \\ ETA \u003d \\ SQRT (1- \\ FRAC (\\ Omega ^ 2_P) (\\ Omega ^ 2_0)). $$ Mostrar $$.

Aquí $ En línea $ \\ omega_0 $ en línea $ es la frecuencia circular del campo eléctrico aplicado. ¡Ella está alegrada / s y no en HZ!

Veamos con cuidado por esta expresión. Como experimentador físico, no toco en números reales, pero trato de ignorar el complejo, especialmente un índice de refracción integral. Bueno, ¿cómo puede la luz, al final, extenderse en la sustancia en i. veces más lento que en vacío? ¡Este es algún tipo de tonterías! De hecho, no, pero al respecto en otro momento. Si $ \\ online $ \\ omega_0\u003e \\ omega_p $ en línea $, la expresión tiene un valor válido, y el campo eléctrico alterno se extiende dentro de nuestro plasma. Todos están satisfechos, y un plasma de este tipo magnificaremos no muy denso. Sin embargo, si $ en línea $ \\ omega_0< \omega_p$inline$ , то показатель преломления становится не то что комплексным, а целиком мнимым. В этом случае (и не просто потому что я так захотел) волна вообще не будет там распространяться, а сразу отразится без потерь. Это слишком плотная плазма. Очень классное явление, кстати. Называется плазменным зеркалом.

Y como un postre $ en línea $ \\ omega_0 \u003d \\ omega_p $ en línea $. Este es un plasma de densidad crítica. En este caso, comienza a ingresar la resonancia con el campo de campo eléctrico alterno (enviado). Para esto ocasión especial Incluso puedes ingresar el concepto de densidad crítica y configurarlo así:

$$ Mostrar $$ N_C \u003d \\ FRAC (\\ epsilon_0 m_e \\ omega ^ 2_0) (q ^ 2_e). $$ Mostrar $$.

Naturalmente, para cada frecuencia del campo generador, la densidad crítica es su propia.

¡CHOQUE! Calefacción de plasma! Para hacer esto, solo ...

En nuestro caso, habitaremos solo en un mecanismo de calefacción que prevalezca en el experimento.

Para un inicio, deje que el plasma, que formamos un pedestal tendrá un gradiente de densidad suave, en este caso tenemos calentamiento a través de la absorción de resonantes. Ilustración de esto en la imagen en.

Ilustración del proceso de absorción de resonancia: a) Distribución de la densidad de los electrones cerca del frente del objetivo; b) la refracción del rayo láser en un plasma con un gradiente de densidad; c) campo de plasma eléctrico

Por lo tanto, el láser brilla en nuestro plasma en un ángulo, bueno, deje que 45 grados, y al mismo tiempo se polariza en el plano de la caída. La polarización está indicada por las flechas rojas en la figura. Nuestro plasma tiene un gradiente de densidad, lo que significa que su índice de refracción cambia continuamente (aquí crece). En algún momento sucederá que alguna capa de plasma para nuestro láser se volverá "giratorio" y se reflejará, es decir, algún tiempo se extenderá en paralelo a la capa crítica. Es importante tener en cuenta que se convertirá anteriormente en una capa con una densidad crítica, ya que lo lanzamos en un ángulo a la normalidad. La densidad de plasma en la que gira el rayo láser, está dada por esta ecuación:

Mostrar $$ N_T \u003d N_C \\ COS ^ 2 \\ Alpha, $$ Mostrar $$

Donde $ en línea $ n_c $ en línea $ es una densidad crítica, y $ en línea $ \\ alfa $ en línea $ es un ángulo de caída de luz.

Ahora comienza el más interesante. Recuerde que la luz no es solo el flujo de fotones, sino también una onda electromagnética, es decir, nuestro impulso tiene un campo eléctrico que duda armónicamente con una amplia amplitud. Cuando la luz se está extendiendo paralela a la capa crítica, se forma una onda permanente, lo que no cambia con el tiempo (naturalmente, mientras que el pulso láser está en su lugar). El campo de esta onda, de hecho, penetra en la capa de plasma, donde la luz se volvió, y alcanza la capa crítica. Permítanme recordarle que la frecuencia de las fluctuaciones de plasma en la capa crítica es la misma que la frecuencia de la radiación láser, lo que significa que hay una resonancia. Cuando el láser dejó de brillar, la energía que decía a los electrones en la capa crítica se distribuye a través de los golpes al resto de los electrones, y esto significa que el plasma se calentó.

Entonces, ¿dónde, en realidad, aceleración?

Ahora que estamos bien calentados por electrones en el plasma, y \u200b\u200bel láser no brilla ya no, puede decir cómo se aceleran los protones. Para hacer esto, mira las imágenes de abajo. Hasta este punto, no dije, ¿de dónde vienen los protones? Naturalmente, no aparecen de los núcleos de material de aluminio. Dado que no somos muy precisos y no usamos guantes (ellos sudan las manos fuertemente), entonces el agua y los hidrocarburos están en la superficie de la lámina. Hidrógeno ionizado y hay nuestra invaluable fuente de protones. Comprobado: Si quita la contaminación, entonces los protones no lo harán.

	Formación de plasma por un pedestal, es decir, la ionización del frente del objetivo. Una lámina de 0,4 - 12 μm de espesor se usa generalmente como objetivo.
	Aquí, la parte principal del impulso interactúa con el plasma creado y lo calienta. Algunos electrones se calientaron calurosamente que vuelan. lateral trasero objetivo.
	Cuando los electrones aumentaron bastante, la carga positiva restante en la lámina los detiene. En plasma, se calientan de nuevo y se vuelan. Por un tiempo, se establece un equilibrio dinámico. El campo eléctrico está dirigido perpendicular al objetivo.
	Este campo eléctrico despega protones y otros iones (dependiendo de lo que estuviera allí) de la superficie trasera del objetivo, y luego los acelera. Para cuando los iones se aceleraron, la nube electrónica ya se está desmoronando, y todas las partículas comienzan a volar más juntas. Y luego comenzamos a creer que no interactúan más.

Divide y vencerás

En este momento, la posición es esta: el láser no brilla durante mucho tiempo, en la lámina del orificio, los protones con electrones están muy volando desde el objetivo normalmente a su superficie trasera. No necesitamos electrones en absoluto, por lo que el imán viene a ayudarnos. Cuando el paquete de partículas cargadas vuela a través de un campo magnético, las fuerzas de Lorentz, cada partícula desvía proporcionalmente su velocidad y carga. En consecuencia, los protones y los electrones serán rechazados en diferentes direcciones, y simplemente veremos en la dirección de los electrones. Por cierto, cuanto más el poder del protón (es decir, su velocidad), menos rechazará. Esto significa que al poner una pantalla, que es sensible a los protones, podemos ver las energías de los protones acelerados. Algunas comparaciones más en números: Imán, que nos cuesta permanente y crea un campo de aproximadamente 0,75 T. En dispositivos MRI, el campo magnético es de 1.5 a 3 t.

Además, podemos ver los protones de vuelo del perfil de la viga. Él es redondo, por cierto. Y si podemos tomar la misma energía de protones en cada parte de la viga, podemos restaurar de manera única la forma de una nube electrónica que nuestros protones aceleraron.

En lugar de encarcelamiento

Puede haber una pregunta justa, por qué todo esto es necesario. Mi respuesta favorita es así. Esta es una ciencia fundamental, y tratando de encontrar las aplicaciones momentáneas sin sentido. Tal vez después de cuántos años encontrará su uso en el tratamiento del cáncer o la síntesis termonuclear, y si bien la tarea principal es aprender algo nuevo sobre el mundo que nos rodea, tal porque es interesante.

Por especial curiosidad por el propio láser y su dispositivo.

Como se prometió, aquí hablaré sobre el láser, con la ayuda de la cual hago la ciencia. Ya he mencionado algunas características de nuestro láser, pero no hablo sobre la frecuencia de repetición de los pulsos. Es de aproximadamente 80 MHz. Esta frecuencia se determina solo por la longitud del resonador y la inversa del tiempo para el cual la luz tiene tiempo para volar a lo largo del resonador allí. Mirando hacia adelante, diré que a tal frecuencia, los impulsos son inexplicados a tal frecuencia, es increíblemente difícil desde un punto de vista de la ingeniería, y la electricidad no es atacada.

No voy a entrar en la teoría de las láser, no iré a la teoría de las láser. Los conceptos básicos de cómo provienen la radiación con láser se establecen perfectamente en el artículo sobre Wikipedia sobre la radiación forzada. Si intenta ser muy breve, entonces para la radiación con láser, se necesitan tres componentes: el medio activo (los fotones simplemente vuelan), bombear (admite el medio activo en un estado en el que se pueden irradiar más átomos más emocionados), así como un resonador (garantiza que los fotones se copian entre sí con múltiples pasajes a través del entorno activo). Si haces todos los componentes juntos y reza, el láser comenzará a brillar, pero continuamente. Si aún puede probarlo, puede hacerlo generar impulsos, incluidos los cortos, al igual que en mi instalación. Para los más curiosos, el método de generar pulsos femtosegundos se denomina sincronización de modificación pasiva. Y ahora una pequeña característica de los impulsos muy cortos, muy cortos. A menudo se cree que el láser brilla en la misma longitud de onda, y en modo continuo, así como en los pulsos largos, incluso se puede llamar la verdad. De hecho, debido a una serie de complejos. procesos físicosAquí definitivamente no se discutiremos aquí, la forma temporal del pulso y su espectro están conectados por la transformación de Fourier. Es decir, el impulso es más corto, más amplio su espectro.

Supongamos que lanzamos el generador maestro, pero la energía de sus impulsos es varios NJ. Recuerda, al principio, dije que la energía en el impulso, que llega al objetivo alrededor de 2 J? Entonces, es un miles de millones de veces más. Entonces, el impulso debe ser fortalecido, y lo hablaremos más.

Los pulsos cortos generalmente se caracterizan por las instalaciones picos muy grandes (¿recuerdas, dividen la energía por un tiempo?), Y esto tiene una serie de complicaciones. Si mejoramos el miércoles con una intensidad grande (potencia por unidad de área), entonces se quema, y \u200b\u200bsi el medio activo se quemó, no funcionará. Es por eso que elegimos la frecuencia de repetición de 10 Hz y realzamos solo. Dado que hay un montón de equipos y todo funciona con precisión a tal frecuencia, tenemos una caja especial que todo el hierro distribuye estos 10 Hz, y para cada dispositivo, puede seleccionar un retraso de recibir una señal con una precisión de varios Picosegundos.

La lucha con alta intensidad puede ser de dos maneras. ¿Qué tan fácil es adivinar por su definición, debe aumentar el área o reducir la alimentación? Con el primero, todo es extremadamente claro, pero el segundo método se convirtió en un avance de la tecnología láser en el siglo XX. Si el impulso es inicialmente muy corto, se puede estirar, fortalecerse y luego volver a comprimir.

Para entender cómo hacerlo, recurre a los conceptos básicos de la óptica. Para diferentes longitudes de onda, los índices de refracción en el medio son diferentes, lo que significa (para determinar el índice de refracción, por cierto) que con el aumento del índice de refracción disminuye la velocidad de la propagación de la luz en el medio. Y aquí lanzamos nuestro impulso el miércoles, y su parte roja pasó el material más rápido que el azul, es decir, el impulso se hizo más largo, y su potencia máxima cayó. Hurra, ¡ahora nada quema! Para un conocimiento más profundo en esta área, lo recomiendo en Google y leo sobre la ganancia de los pulsos circos (es amplificación de pulsos o CPA de Pulse Chirped).

¡Todo lo que nos quedamos a hacer es fortalecer el impulso, apretar, enfocarte y enviarlo para hacer un agujero en papel de aluminio!

Y ahora algunas fotos con firmas.

En realidad foto laboratorio. La mierda cilíndrica en el medio es una cámara de vacío, porque los protones son muy volantes en el aire y todo el tiempo llama a su molécula. Bueno, en general, todo parece más frío con vacío. Lo azul a la derecha - Pared de plomo, para que no pueda obtener una enfermedad súper de supervisión y radiación. El propio láser está detrás de la puerta, que queda con un signo amarillo akhtung.

Y aquí está la pared en sí en el perfil. Sí, dentro de él está lleno por plomo, como Winnie Pooh.

Sobre la pared está nuestro punto de equipo cuando disparamos, luego la técnica de seguridad se siente para sentarse detrás de él. De la radiación, nosotros, por supuesto, no mueres, pero puedes ir fácilmente ciego. Aquí hay cinco monitores en dos compañías, se confunden en todo este basura es muy fácil. En una de las computadoras hay columnas, por lo que durante el trabajo en la mazmorra, puedes escuchar al Lobod y al gran jefe ruso, les gusta ser razones inexplicables y mis colegas también. Solo la mitad de ellos son suecos, por cierto.

Todavía tenemos un cupé de puerta de plomo. Está en la unidad hidráulica.

Aquí estamos dentro de la habitación con un láser. Esta es la foto de la primera tabla, en la que nace el pulso láser. Aquí se predice (1000 veces aproximadamente) y estirado. En el estante en la parte superior hay un montón de electrónica muy importante y necesaria, sin las cuales el láser no funcionará.

Esta es la segunda tabla en la que se mejora la radiación después de la primera. Este amplificador es nuestro caballo de batalla principal, aumenta la energía de cuarenta mil veces. De hecho, cuesta dos diferentes sobre el dispositivo del amplificador: multipart y regenerativo. En el primer pulso simplemente pasa varias veces a través del entorno activo. En el segundo hay tu propio resonador. Con la ayuda de persianas electroópticas (células de lecho), el pulso se activa en el interior, pasa allí varias veces hasta que la amplificación está saturada y luego se libera más. Es aquí donde la velocidad y la precisión del cierre de apertura de las persianas son tan importantes.

Esta es la tercera tabla, hay una amplificación de aproximadamente 15 veces. Torre en el medio, que sobresale sobre la tapa, un criostato. Hay un cristal fuerte al vacío al vacío, que se enfría con helio líquido a la temperatura de -190 grados Celsius.

Esta es una habitación separada en la que se ubican las fuentes de alimentación de bombeo de tercera mesa y las bombas de vacío básicas. La eficiencia del zócalo del sistema es así, aproximadamente 0.1 \\%. De alguna manera, consideré que el consumo de energía eléctrica es de aproximadamente 160 kW. Se pueden almacenar alrededor de 960, las tarjetas de video se pueden almacenar y el maja, MAJA, MAJA. Tanta electricidad se consume cuando la frecuencia de repetición es de 10 Hz. Si intentamos fortalecer los 80 MHz, entonces el consumo aumentaría 8 millones de veces.

¡Gracias por la atención!

Vigas secundarias

Las vigas de partículas secundarias se usan ampliamente en los experimentos modernos, que nacen después de la interacción del haz de partículas acelerado primario con el objetivo. Aplicar separadores electromagnéticos y colimadores, de una gran cantidad de partículas formadas en el objetivo, se pueden distinguir partículas de un tipo particular y un cierto pulso. En la física nuclear, se obtienen los paquetes secundarios de los núcleos radiactivos, cuya vida puede ser varios milisegundos. De manera similar, puede obtener paquetes secundarios de P- y K-Mesons. Los paquetes secundarios de P-Mesons se pueden usar para formar haces neutrinos, que se obtienen durante la decadencia de P-Mesons:

p-\u003e M- + N M, P +\u003e M + + NM.

Se puede obtener haz neutrino puro filtrando las partículas resultantes a través de un absorbente grueso.

Aceleración láser de electrones.

La idea de usar los láseres para acelerar los electrones en el plasma fue nominado en 1979 por los científicos estadounidenses. En relación con los pulsos de láser cortos primero. estudios analíticos fueron publicados en 1987 y en 1988. De hecho, la aceleración del láser de los electrones en el plasma está muy cerca del llamado método colectivo de aceleración de electrones, que se desarrolló durante muchos años en el Instituto Physico-Técnico de Kharkov bajo la dirección de Ya.B. Finberg. Sobre los problemas que enfrentan los equipos de aceleración de vacío tradicionales, y los métodos colectivos de aceleración en el plasma se pueden encontrar en el artículo publicado en la revista "Nature" anteriormente.

Higo. 57.

La línea de puntos muestra las líneas de la densidad de electrones reducidas, una línea sólida de aumento de la densidad de electrones. La flecha muestra la dirección de la propagación del pulso del láser.

Con referencia a los pulsos láser cortos, la aceleración de los electrones en el plasma se puede representar esquemáticamente de la siguiente manera. Difundir en plasma, el impulso empuja los electrones del área donde se encuentra actualmente (Fig. 3). Además de la potencia del pulso, los electrones tienen un campo eléctrico del lado de los iones de plasma, que se pueden considerar fijos debido a su masas más grandes. Después de que el pulso salió de esta área, solo el campo de la separación de cargos está actuando sobre los electrones, buscando devolver los electrones en su posición original. Tratado En este campo, los electrones saltan su posición inicial y comienzan a fluctuar en relación con los iones en la llamada frecuencia de plasma. Dado que el impulso se ejecuta en plasma y todo el tiempo empuja a esos electrones que se encuentran en su camino, lanza fluctuaciones de plasma detrás de él todo el tiempo. Al mismo tiempo, la fase inicial de estas oscilaciones es diferente en diferentes puntos en la trayectoria del pulso. Como resultado, la ola de la separación de los cargas está emocionada, cuya fase se propaga por un plasma con una frecuencia de pulso (la llamada onda torcida, fig.4). El campo eléctrico de esta onda en la mitad del período se dirige hacia la propagación del pulso, y en la otra mitad del período, hacia la dirección de la propagación del pulso. Si se coloca un electrón a una velocidad inicial igual a la frecuencia del pulso en la región de la onda de plasma, donde la fuerza que actúa en el lado del lado eléctrico se dirige hacia su movimiento, el electrón, moviéndose junto con la onda, comenzará a acelerar. Tal acelerador consiguió el nombre "Acelerador en la ola Kilvater". Para las partículas relativistas, cuya velocidad está cerca de la velocidad de la luz, incluso un pequeño aumento en la velocidad corresponde al mayor aumento de su energía. Como resultado de la aceleración, la energía electrónica puede aumentar significativamente.

Higo. 58. - indignación de la densidad de los electrones en una onda kilvater, excitada por un pulso láser con una duración de 30 FS y una capacidad de ~ 30 TVT en un plasma con una densidad de 2.2 × 1018 cm-3. El eje vertical es la coordenada radial, que se cuenta con el eje del pulso. A lo largo del eje horizontal, tiempo después de pasar un pulso láser a través de este punto

Los experimentos realizados en Francia mostraron que el mecanismo de aceleración de electrones descrito anteriormente se implementa realmente. Pero el aumento resultante de la energía electrónica resultó ser insignificante debido a la longitud muy pequeña, en la que ocurrió esta aceleración.

Al principio, se creía que los pulsos láser con una duración cercana al período de oscilación del plasma eran más adecuados para excitar las ondas de Willy, mientras que los pulsos más largos no son adecuados para este propósito. Pero los cálculos numéricos y los experimentos posteriores han demostrado que no lo es. El pulso láser, cuya longitud excede significativamente la longitud de la onda del plasma, y \u200b\u200bla potencia excede un cierto valor, en el proceso de propagación en el plasma cambia su forma (Fig. 5). Primero, surge la modulación de su amplitud, y luego se divide en una secuencia de pulsos más cortos con un período de seguimiento, igual al período de plasma. Este efecto recibió el nombre de la ortografía del pulso. Surge una resonancia entre la secuencia de pulsos cortos y fluctuaciones de plasma. Cada pulso corto subsiguiente aumenta la amplitud de la onda marrón, que se abrió el primer pulso corto. Como resultado, dentro del pulso del láser, el campo de onda de plasma se vuelve muy grande y alcanza los 109 V / cm. Parte de los electrones plasmáticos se captura en una onda de plasma. Comienzan a moverse junto con la ola y acelerar a la energía alrededor de 100 MEV a una longitud de varios milímetros.

Higo. 59.

En el impulso inicial con una intensidad variable suavemente en el espacio (figura izquierda), aparece la modulación de la amplitud (figura promedio), y luego se divide en una cadena de pulsos de longitud baja (figura derecha), la distancia entre la cual es igual a la longitud de onda de plasma LP.

Los experimentos realizados en Francia, Estados Unidos, Japón, Inglaterra, mostraron que en el modo de inteligencia, la energía máxima de electrones acelerados es lo suficientemente alta, pero espectro energético Resulta muy amplio, lo cual es una desventaja en términos de posibles aplicaciones.

En 2004, casi tres grupos experimentales encontraron un nuevo modo de aceleración de electrones, en los que la energía alcanzó 250 MEV, y el espectro de energía era bastante estrecho. En este modo, la intensidad de la radiación del láser excedió 1019 W / CM2, y la longitud del pulso estaba cerca de la longitud de la onda de plasma. Las fuerzas de presión de alta frecuencia que actúan sobre los electrones de plasma eran tan grandes que de inmediato detrás del impulso surgieron casi un área esférica en la que prácticamente no había electrones. Esta área comenzó a llamar a la burbuja (burbuja) y el modo de aceleración en sí es un modo de burbuja (Fig. 6). Desde el plasma, algunos electrones plasmáticos fueron capturados en esta área, que se aceleraron.

Actualmente acumulada significativa experimental y material teórico, suficiente para el diseño y la construcción de un acelerador láser a la energía electrónica más de 1000 MEV. Ahora varios proyectos de este tipo están cerca de la implementación.

Higo. 60. - Difundir un pulso láser en modo de burbuja. Inmediatamente detrás del pulso, se forma un área en la que no hay electrones (burbuja electrónica). Se captura de plasma pequeño embrague electrónico, que acelera.

aceleración del detector de partículas de protones

En 2000, bajo la irradiación de la lámina delgada, los pulsos láser de alto intenso (más de 1018 W / CM2) descubrieron protones con una energía de hasta 10 MEV, volando principalmente de la pared trasera de la lámina en la dirección de la propagación del pulso. . Este resultado causó gran interés. Los experimentos se repitieron en muchos laboratorios. La energía máxima medida de protones en algunos de ellos alcanzó 60 MEV, y su número alcanzó los 1012 por pulso láser.

¿Cómo surgen protones con tan alta energía? El análisis de los datos experimentales y los cálculos numéricos ha demostrado que bajo la acción de un pulso láser en la lámina, hay electrones rápidos que pasan el papel aluminio y vuela de su lado opuesto. Pero no pueden volar lejos. Se detienen en un campo eléctrico de iones restantes en papel de aluminio. Cerca de la superficie trasera del objetivo, se forma una capa cargada negativa que consiste en electrones. El campo eléctrico creado por estos electrones está dirigido perpendicular a la superficie y alcanza el valor suficiente para ionizar átomos en la superficie. Luego, bajo la acción del mismo campo eléctrico, los iones comienzan a acelerar. Hay una capa doble que consiste en las capas de electrones y iones separados en el espacio, lo que vuela hacia fuera del objetivo. En el proceso de aceleración, la energía de los electrones se mueve a los iones. Los iones de luz (protones), formados a partir de átomos de hidrógeno adsorbidos en la superficie de la lámina (FIG. 61), se aceleran de manera más efectiva.

Higo. 61. - Aceleración de iones (protones) cuando se irradia con un pulso láser corto de lámina delgada. El pulso láser cae en el borde izquierdo de la lámina, los electrones rápidos vuelan a través del borde derecho de la lámina y aceleran los iones con su campo eléctrico

Dichas fuentes de iones energéticos ya se están utilizando en la radiografía de protones cuando la imagen del objeto se obtiene cambiando con un montón de protones. De tal manera, es posible, en particular, determinar la estructura de los campos eléctricos dentro del objeto en estudio. Pero las mayores perspectivas de fuentes láser de iones rápidas tienen en medicina (oncología). El hecho es que son los protones los que son más convenientes de usar para influir en el cáncer. Actualmente, las fuentes de tales protones sirven diversos aceleradores de vacío, muy engorrosos y caros. Las esperanzas se expresan que las fuentes láser serán más compactas y baratas.