अमेरिका में शोधकर्ताओं द्वारा एक नया लेजर-चालित उपकरण विकसित किया गया है जो लगभग एक मिलीमीटर की दूरी पर इलेक्ट्रॉनों को सीमित और तेज कर सकता है। नैनो विज्ञान, लेजर और वैक्यूम प्रौद्योगिकी में प्रगति के संयोजन से, पेटन ब्रॉडडस और सहकर्मी स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी का कहना है कि उन्होंने अब तक का सबसे अधिक प्रदर्शन करने वाला डाइइलेक्ट्रिक लेजर एक्सेलेरेटर (डीएलए) विकसित किया है।
इलेक्ट्रॉन जैसे आवेशित कणों को उच्च गतिज ऊर्जा की ओर ले जाने के साथ-साथ, एक उपयोगी त्वरक को कणों को एक संकीर्ण किरण में सीमित करने में भी सक्षम होना चाहिए। इसके अलावा, किरण भी यथासंभव मोनोएनर्जेटिक के करीब होनी चाहिए।
आधुनिक सुविधाओं में, यह आमतौर पर रेडियो-फ़्रीक्वेंसी (आरएफ) गुहाओं का उपयोग करके किया जाता है जो तांबे के साथ लेपित होते हैं या हाल ही में नाइओबियम जैसे सुपरकंडक्टर के साथ लेपित होते हैं। जब शक्तिशाली आरएफ संकेतों द्वारा संचालित किया जाता है, तो ये गुंजयमान गुहाएं बहुत उच्च वोल्टेज विकसित करती हैं जो कणों को एक बहुत ही विशिष्ट ऊर्जा में तेजी लाती हैं। हालाँकि, इस तरह से प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम कण ऊर्जा पर भौतिक सीमाएँ हैं।
ब्रॉडडस बताते हैं, "विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बहुत बड़ा बनाने से [गुहा] दीवारों को नुकसान हो सकता है, जो मशीन को बर्बाद कर देता है।" "यह वर्तमान में सभी पारंपरिक त्वरक में एक प्रमुख सीमा है और सुरक्षित त्वरण ग्रेडिएंट को दसियों मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट प्रति मीटर तक सीमित करता है।" दरअसल, यही मुख्य कारण है कि उच्च कण ऊर्जा प्राप्त करने के लिए त्वरक बड़े और अधिक महंगे होते जा रहे हैं।
वैकल्पिक त्वरक डिजाइन
अधिक कॉम्पैक्ट डिवाइस बनाने के लिए, दुनिया भर के शोधकर्ता कम से कम दूरी पर उच्चतम संभव त्वरण ग्रेडिएंट प्राप्त करने के लक्ष्य के साथ विभिन्न प्रकार की वैकल्पिक त्वरक प्रौद्योगिकियों की खोज कर रहे हैं।
एक आशाजनक तकनीक डीएलए है, जिसकी कल्पना पहली बार 1950 के दशक में की गई थी। एक संचालन गुहा में आरएफ सिग्नल को निर्देशित करने के बजाय, एक डीएलए में एक ढांकता हुआ सामग्री के भीतर एक छोटे चैनल पर लेजर फायरिंग शामिल होती है। यह चैनल के भीतर एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र बनाता है, जो गुंजयमान गुहा के रूप में कार्य करता है। गुहा की नैनो संरचना को अनुकूलित करके और चैनल के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को भेजे जाने के सावधानीपूर्वक समय के द्वारा, कणों में तेजी आती है।
जबकि इस सेटअप की भौतिकी मोटे तौर पर अधिक पारंपरिक त्वरक डिजाइनों के समान है, यह बहुत अधिक त्वरण ग्रेडिएंट प्रदान करता है। इसका उपयोग त्वरक के आकार को छोटा करने के लिए किया जा सकता है - कम से कम सिद्धांत रूप में।
ब्रॉडडस बताते हैं, "लेजरों से ये डाइइलेक्ट्रिक्स जिन क्षेत्रों में जीवित रह सकते हैं, वे आरएफ तरंगों से तांबे द्वारा संभाले जा सकने वाले परिमाण की तुलना में एक से दो ऑर्डर अधिक परिमाण के होते हैं, और इस प्रकार, सैद्धांतिक रूप से, परिमाण के एक से दो ऑर्डर अधिक त्वरण ग्रेडिएंट हो सकते हैं।" हालाँकि, वह बताते हैं कि गुहा की चौड़ाई को परिमाण के छह क्रमों तक कम करने से चुनौतियाँ आती हैं - जिसमें इलेक्ट्रॉनों को एक किरण में सीमित रखना और उन्हें गुहा की दीवारों से टकराने से रोकना भी शामिल है।
अब, ब्रॉडडस और सहकर्मियों ने तीन तकनीकी प्रगति के आधार पर इस चुनौती का समाधान किया है। ये बहुत सटीक अर्धचालक नैनोस्ट्रक्चर बनाने की क्षमता हैं; स्थिर पुनरावृत्ति दर के साथ उज्ज्वल, सुसंगत फेमटोसेकंड लेजर दालों का उत्पादन करने की क्षमता; और मिलीमीटर-लंबाई अर्धचालक गुहाओं के भीतर अल्ट्राहाई वैक्यूम बनाए रखने की क्षमता।
नई नैनो संरचनाएं और दालें
नैनोस्ट्रक्चर के सावधानीपूर्वक डिजाइन और विशेष आकार के लेजर पल्स के उपयोग से, टीम अपने नए गुहा के भीतर विद्युत क्षेत्र बनाने में सक्षम थी जो इलेक्ट्रॉनों को एक किरण में केंद्रित करती है।
इससे टीम को 0.708 मिमी की दूरी तक इलेक्ट्रॉनों की एक सीमित किरण को तेज करने की अनुमति मिली, जिससे इसकी ऊर्जा 24 केवी तक बढ़ गई। ब्रॉडडस बताते हैं, "यह पिछले त्वरक की तुलना में योग्यता के दोनों आंकड़ों में परिमाण वृद्धि का प्रतिनिधित्व करता है।"
एक्सेलेरेटर-ऑन-ए-चिप उलटा-डिज़ाइन एल्गोरिदम द्वारा बनाया गया
अपनी नवीनतम उपलब्धि के आधार पर, टीम को विश्वास है कि डीएलए उप-सापेक्षवादी इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्राप्त करने के लिए शोधकर्ताओं की क्षमता में काफी सुधार कर सकता है। ब्रॉडडस बताते हैं, "डीएलए को अब एक वास्तविक त्वरक तकनीक के रूप में माना जा सकता है, जहां हम अपने उपकरणों से पारंपरिक त्वरक पैरामीटर निकाल सकते हैं और जिसकी तुलना अन्य त्वरक प्रौद्योगिकियों से की जा सकती है।"
बदले में, ये सुधार मौलिक भौतिकी में नई खोजों का मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं, और उद्योग और चिकित्सा सहित क्षेत्रों में नए लाभ भी प्रदान कर सकते हैं।
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/dielectric-laser-accelerator-creates-focused-electron-beam/
