В пресс-релизе Лаборатории национального ускорителя Департамента энергетики, ученые продемонстрировали «акселератор на чипе». Эта технология может привести к меньшим и более дешевых инструментов для науки и медицины.
Ученые заставили лазер разгонять электроны со скоростью в 10 раз выше, чем нормальная технология в наноструктуризированном стеклянном чипе, меньшем, чем зернышко риса.
«Перед нами все еще стоит множество проблем, чтобы найти этой технологии практическое применение в реальном мире, но со временем она значительно уменьшит размер и стоимость будущих высокоэнергетических ускорителей частиц для изучения фундаментальных частиц и сил», сказал лидер эксперимента Джоэл Ингланд, физик из SLAC в заявлении. «Также она поможет сделать доступными компактные ускорители и рентгеновские устройства для сканирования безопасности, медицинской терапии и снимков, исследований в биологии и материаловедении».
По словам ученых, миниатюрный ускоритель может достичь мощности ускорения 3 километрового ускорителя всего на 30 метрах на своем максимальном потенциале. Ко всему «ускоритель на чипе» может получить более миллиона импульсов электронов в секунду.
Первое испытание достигло градиента ускорения в 300 миллионов электрон-вольт на метр, что приблизительно в 10 превышает ускорение существующего линейного ускорителя SLAC.
«Нашей главной целью для этой структуры является 1 млрд. электрон-вольт на метр, и мы сейчас имеем треть этого значения в первом эксперименте», сказал главный исследователь Роберт Баер из Стэндфордского университета.
Применение лазера в роли акселератора соответствует желанию исследователей найти более дешевую альтернативу для использования микроволн для увеличения энергии электронов.
При лазерном методе электроны сперва разгоняются до околосветовой скорости в нормальном ускорителе. Затем они фокусируются в малый, величиной в полмикрона, канал внутри чипа из плавленого кварцевого стекла, длиной всего в полмиллиметра. Канал в полмикрона выложен из аккуратно распределенных ребер на наноуровне. Инфракрасный лазерный свет, освещающий подложку создает электрическое поле, которое взаимодействует с электронами в канале, увеличивая их энергию.
По словам исследователей, может стать основой компактных рентгеновских электронных свободных лазеров, которые являются ценными устройствами для широкого ассортимента исследовательских проектов. Лазерные ускорители также могут привести к миниатюрным источникам рентгеновского излучения, чтобы улучшить медицинское обслуживание для людей, раненых на войне.