Физики создали самый мощный электронный луч в истории

Почему это важно.
midjourney

Команда физиков из Национальной лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory (Калифорния), достигла рекордных показателей мощности и тока электронного луча.Согласно их публикации в журнале Physical Review Letters, исследователи смогли сгенерировать 100 килоампер тока и удерживать мощность 1/4 секунды (это эквивалентно мощности, генерируемой несколькими крупными электростанциями одновременно), что стало возможным благодаря новому подходу к уплотнению электрического заряда в кратчайшие интервалы времени.

Как добились таких результатов?

В ускорителе электроны разгоняются до скоростей, приближающихся к 99 % от скорости света, с помощью мощных магнитов в вакууме, где они движутся по радиоволнам. Ученые сравнили электроны с гоночными автомобилями, стремительно мчащимися по овальной трассе. Однако при прохождении поворотов электроны вынуждены отклоняться, что приводит к потере части энергии — это явление известно как «чирп». Это известно как синхротронное излучение.

Для компенсации потерь в системе ученые использовали специально расположенные магниты, корректирующие траекторию электронов: частицы с более низкой энергией проходят несколько более короткий путь, позволяющий более энергичным электронам догнать их, что приводит к сжатию «строки» частиц и усилению луча.

После нескольких циклов прохождения по ускорительной трассе луч становится одновременно мощнее и короче. В пиковом режиме импульс длился всего 0,3 микрометра.
Такой прорыв в управлении электронным лучом может стать основой для новых разработок: от усовершенствования химических процессов до создания инновационных систем плазмы и глубокого изучения природы вакуума.

Открытие демонстрирует, как тонкая настройка магнитных полей и точное управление траекторией электронов позволяет добиться ранее недостижимых результатов, что может положительно сказаться на развитии как фундаментальной науки.

Почему это важно?

  • Управление высокоэнергетическими электронными лучами с рекордной мощностью позволяет исследователям глубже изучать субатомные процессы и природу вакуума. Такой контроль открывает новые пути для экспериментов, которые ранее были невозможны, особенно для изучения сложных процессов, происходящих в космосе;
  • Техника сжатия электронных лучей и компенсации энергетических потерь (синхротронное излучение) может улучшить работу ускорителей частиц, что важно для создания более мощных лазерных систем и свободных электронных лазеров. Эти технологии находят применение в медицине, материаловедении и исследованиях фундаментальной физики;
  • Точное управление параметрами луча позволяет разрабатывать инновационные методы для проведения химических процессов, создания плазмы и улучшения систем фильтрации или обработки материалов. Например, высокомощные импульсы могут использоваться для синтеза новых материалов или для проведения экстремальных химических реакций.

Ученые создали самые тонкие лазерные узоры для будущих технологий

Реклама