ایالات متحده تنها دو شتاب دهنده دارد که قادر به تولید 10 میلیارد پرتو ذرات الکترون ولت هستند که هر کدام حدود 3 کیلومتر طول دارند. مدیر عامل TAU Systems که شتاب دهنده فوق فشرده را ایجاد کرده است، گفت: اکنون می توانیم به این انرژی ها در 10 سانتی متر (4 اینچ) برسیم.
خوب، این طول محفظه گاز پر از هلیوم است که در آن شتاب واقعی در دستگاهی است که TAU اخیراً آزمایش کرده است. این شتاب‌دهنده فشرده پیشرفته ویکفیلد همچنین برای کار کردن به یک هیولای لیزری نیاز دارد – در این مورد، لیزر تگزاس پنجکه روی یک میز 34 فوتی (10 متری) در مرکز علوم چگالی انرژی بالا در دانشگاه تگزاس در آستین قرار دارد.
این جانور که یکی از قوی‌ترین لیزرهای جهان است، فوران‌های بسیار شدید نور لیزر را در سطوح انرژی تقریباً 1000 برابر کل ظرفیت نصب‌شده کل ایالات متحده پرتاب می‌کند – اما فقط یک بار در ساعت و فقط برای 150 فمتوثانیه یا کمتر از یک. میلیاردم زمانی که رعد و برق تخلیه می شود.
به طور کلی، دستگاه TAU کمتر از 66 فوت (20 متر) طول دارد و پرتوها را با ولتاژ قابل توجه 10 گیگا ولت شلیک می کند. این کار را با استفاده از یک نسخه اصلاح شده از تکنیک شتاب ویک فیلد که برای اولین بار در سال 1979 توصیف شد و در حال حاضر در بسیاری از طرح های شتاب دهنده اجرا می شود، انجام می دهد.
یک شتاب دهنده ذرات معمولی در واقع مجموعه ای از حلقه ها است که وقتی ولتاژ مثبت به آنها اعمال می شود، می توانند الکترون ها را جذب کنند. حلقه‌ها به ترتیب نیرو می‌گیرند و الکترون‌ها را سریع‌تر و سریع‌تر از داخل تونل می‌کشند و هر کدام قبل از رسیدن الکترون به آن خاموش می‌شوند.
دانشگاه تگزاس در آستین
با این حال، یک شتاب‌دهنده میدان بیداری مبتنی بر لیزر، خود پالس نور را به یک آهنربای الکترومغناطیس با سرعت نور تبدیل می‌کند و باعث می‌شود ذرات آن را تعقیب کنند و سرعت و انرژی فوق‌العاده را در فاصله بسیار کوتاهی جمع‌آوری کنند.
دستگاه TAU از یک محفظه کوچک پر از گاز هلیوم استفاده می کند. هنگامی که لیزر پتاوات یک پالس نور را از طریق این گاز پرتاب می کند، انرژی عظیم پالس، گاز را به پلاسما یونیزه می کند. و همانطور که از میان آن پلاسما عبور می‌کند، پالس دنباله‌ای را پشت سر خود بر جای می‌گذارد، به نوعی مانند قایق که در حال حرکت در آب است – به جز در این مورد، دنباله‌ای از نوسانات بسیار قدرتمند در بار الکتریکی ایجاد می‌کند.
اگر یک الکترون را درست در زمان مناسب تزریق کنید، این بارهای متحرک عظیم آن را به پشت پالس نور می کشند و فشار می دهند و انرژی (اما نه سرعت) پالس لیزر اصلی را تخلیه می کنند و آن را به الکترون شتاب گرفته منتقل می کنند و آن را به سمت ” سوق می دهند. کسری خوب از سرعت نور” یک فاصله کوتاه، با توجه به امپریوم اندیشه.
پیشرفت کلیدی TAU در این دستگاه یک لیزر فرسایشی کمکی است که انفجارهای دقیقی را روی صفحه فلزی داخل سلول گاز شلیک می کند و جریانی از نانوذرات فلزی را به محفظه تزریق می کند که می تواند انرژی تحویل شده به الکترون ها را در پی انفجار لیزر افزایش دهد.
دانشگاه تگزاس در آستین
Björn “Manuel” Hegelich، دانشیار فیزیک دانشگاه UT و مدیر عامل TAU Systems می گوید: “ورود به یک موج بزرگ بدون جاروب کردن سخت است، بنابراین موج سواران بیدار توسط جت ها کشیده می شوند.” «در شتاب‌دهنده ما، معادل اسکی‌های روی آب، نانوذراتی هستند که الکترون‌ها را دقیقاً در نقطه و زمان مناسب آزاد می‌کنند، بنابراین همه آنها روی موج می‌نشینند. ما الکترون‌های بسیار بیشتری را در زمان و جایی که می‌خواهیم به موج وارد می‌کنیم، به جای توزیع آماری در طول برهم‌کنش، و این سس مخفی ماست.»
هگلیچ و تیمش در حال توسعه سیستم لیزری به اندازه جدول خود هستند که به گفته آنها سیستم کلی را فشرده تر می کند و به جای یک بار در ساعت، هزاران بار در ثانیه شلیک می کند.
بنابراین یک شتاب دهنده ذرات فوق فشرده و پرانرژی برای چه چیزی خوب است؟ شاید برای راندن یک لیزر الکترون آزاد اشعه ایکس که به طور بالقوه می تواند ویدیوهای تایم لپس در مقیاس اتمی یا مولکولی ایجاد کند. همچنین می‌تواند در آزمایش اینکه قطعات الکترونیکی طراحی‌شده برای پرواز فضایی تا چه حد می‌توانند در برابر تشعشعات مقاومت کنند، برای تصویربرداری از ساختارهای داخلی طرح‌های تراشه‌های نیمه‌رسانا به‌صورت سه‌بعدی، و به‌طور بالقوه برای توسعه درمان‌های جدید سرطان و فناوری‌های پیشرفته پزشکی مفید باشد.
مقاله تحقیقاتی این تیم در مجله موجود است ماده و تشعشع در حد افراط.
منبع: دانشگاه تگزاس در آستین
