侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

美科学家利用拍瓦激光器成功将电子加速到2GeV

2013-07-15 10:05
水墨黯月
关注

  激光—等离子体加速的想法,于上世纪70年代末,由德克萨斯大学奥斯汀分校物理学家Toshiki Tajima和加州大学洛杉矶分校物理学家John Dawson共同提出。从上世纪90年代开始,科学家一直尝试在实验上验证这一概念,但是受到激光器功率的限制,最大能量多年来一直徘徊在1 GeV左右。(Kevin 译)

  近期,德克萨斯大学奥斯汀分校Mike Downer教授的研究小组成功地在1英寸的距离内将约5亿个电子加速到2 GeV。研究结果发表在《自然通讯》杂志(Nat. Commun. 4, 1988)上。

  Downer说:“到目前为止,将电子加速到2 GeV这一级别的能量需要长度超过2个足球场的传统加速器,而我们实验中所用的设备尺寸缩减了近10,000倍。2GeV加速器产生的电子可以转换成‘硬’X射线,亮度比肩大型装置产生的X射线。对实验条件进一步优化后,我们甚至可以驱动X射线自由电子激光器——目前可用的最亮X射线源。”

图1:德克萨斯大学奥斯汀分校的台式实验装置。(Rafal Zgadzaj供图)

  台式X射线激光将为化学家和生物学家带来巨大变革:他们可以使用这种高亮度的X射线在原子精度和飞秒时间分辨率上研究物质和生命的分子基础,而无需使用大型的国家装置。

  Downer说:“我们能够产生的这种X射线具有飞秒量级的脉宽,分子振动和最快的化学反应就发生在这个时间尺度上。例如,这种X射线具有足够高的能力和亮度,使我们能够看见活体样本中单个蛋白质分子的原子结构。”

  Downer和他的同事利用激光—等离子体加速产生能量高到足以产生X射线的电子;该方法使用超短超强激光脉冲轰击气体云团,使其电离形成等离子体。Downer说:“该方法还能够记录自身内部结构。首先,将电子从背景离子中分离出来,并创建巨大的内部空间电荷场。接着,带电粒子从等离子体中溢出,被空间电荷场俘获,以接近光速的速度沿激光脉冲前进方向移动,并在空间电荷场中获得加速。”

  该研究小组在实验中使用了Texas拍瓦激光器,因而他们所使用的气体密度远远低于前期实验中的气体密度。Downer说:“气体密度越低,激光脉冲传输速度越快。但是,就前几代激光器而言,如果气体密度过低,就没有足够的电子注入到加速器中,因而什么也得不到。”

图2:真空腔室的内部布局:激光束从右侧射入;气体喷嘴放置腔室中心位置,

其内部发生电子加速。实际加速距离大约为1英寸。(Neil Fazel供图)

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号