ABD'deki araştırmacılar tarafından elektronları yaklaşık bir milimetrelik mesafelerde hem sınırlayabilen hem de hızlandırabilen yeni bir lazerle çalışan cihaz geliştirildi. Nanobilim, lazerler ve vakum teknolojisindeki ilerlemeleri birleştirerek, Payton Broaddus ve meslektaşları Stanford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar bugüne kadarki en yüksek performanslı dielektrik lazer hızlandırıcıyı (DLA) geliştirdiklerini söylüyor.
Yararlı bir hızlandırıcının, elektron gibi yüklü parçacıkları yüksek kinetik enerjilere sürmesinin yanı sıra, parçacıkları dar bir ışın içinde sınırlayabilmesi de gerekir. Ayrıca ışının mümkün olduğu kadar monoenerjiye yakın olması gerekir.
Modern tesislerde bu genellikle bakırla veya daha yakın zamanda niyobyum gibi bir süper iletkenle kaplanmış radyo frekansı (RF) boşlukları kullanılarak yapılır. Güçlü RF sinyalleri tarafından çalıştırıldığında, bu rezonans boşlukları parçacıkları çok spesifik enerjilere hızlandıran çok yüksek voltajlar geliştirir. Ancak bu şekilde elde edilebilecek maksimum parçacık enerjilerinin fiziksel sınırları vardır.
Broaddus, "Elektromanyetik alanları çok büyük hale getirmek, [boşluk] duvarlarının hasar görmesine neden olabilir ve bu da makineyi bozabilir" diye açıklıyor. "Bu, şu anda tüm geleneksel hızlandırıcılarda büyük bir sınırlamadır ve güvenli hızlanma eğimini metre başına onlarca megaelektronvolta sınırlamaktadır." Aslında hızlandırıcıların daha yüksek parçacık enerjilerine ulaşmak için giderek daha büyük ve daha pahalı olmasının ana nedeni budur.
Alternatif hızlandırıcı tasarımları
Daha kompakt cihazlar yaratmak için dünya çapındaki araştırmacılar, en kısa mesafede mümkün olan en yüksek hızlanma gradyanını elde etme hedefiyle çeşitli alternatif hızlandırıcı teknolojilerini araştırıyor.
Gelecek vaat eden teknolojilerden biri, ilk kez 1950'lerde tasarlanan DLA'dır. DLA, bir RF sinyalini iletken bir boşluğa yönlendirmek yerine, bir dielektrik malzeme içindeki küçük bir kanal boyunca bir lazerin ateşlenmesini içerir. Bu, kanal içinde rezonans boşluğu görevi gören alternatif bir elektrik alanı yaratır. Boşluğun nanoyapısını optimize ederek ve elektronların kanaldan ne zaman gönderileceğini dikkatli bir şekilde zamanlayarak parçacıklar hızlandırılır.
Bu kurulumun fiziği genel olarak daha geleneksel hızlandırıcı tasarımlarına benzese de, çok daha yüksek bir hızlanma gradyanı sunuyor. Bu, en azından prensipte hızlandırıcıların boyutunu küçültmek için kullanılabilir.
Broaddus şöyle açıklıyor: "Bu dielektriklerin lazerler karşısında hayatta kalabileceği alanlar, bakırın RF dalgalarından kaldırabileceğinden bir ila iki kat daha yüksektir ve bu nedenle teorik olarak bir ila iki kat daha yüksek bir hızlanma eğimine sahip olabilir." Bununla birlikte, boşluğun genişliğini altı kat küçültmenin, elektronların bir ışın içinde nasıl sınırlı tutulacağı ve boşluğun duvarlarına çarpmasının engellenmesi gibi zorluklara yol açtığına dikkat çekiyor.
Şimdi Broaddus ve meslektaşları bu zorluğa üç teknolojik ilerlemeden yararlanarak çözüm buldular. Bunlar çok hassas yarı iletken nanoyapılar yaratma yeteneğidir; istikrarlı tekrarlama oranlarıyla parlak, tutarlı femtosaniye lazer darbeleri üretme yeteneği; ve milimetre uzunluğundaki yarı iletken boşluklarda ultra yüksek vakumu koruma yeteneği.
Yeni nanoyapılar ve darbeler
Ekip, nanoyapıların dikkatli tasarımı ve özel şekilli lazer darbelerinin kullanılmasıyla, yeni boşluklarında elektronları bir ışına odaklayan elektrik alanları yaratmayı başardı.
Bu, ekibin sınırlı bir elektron ışınını 0.708 mm'lik bir mesafeye kadar hızlandırmasına ve enerjisini 24 keV artırmasına olanak sağladı. Broaddus şöyle açıklıyor: "Bu, önceki hızlandırıcılarla karşılaştırıldığında her iki başarı rakamında da büyük bir artışı temsil ediyor."
Ters tasarım algoritması tarafından oluşturulan çip üzerinde hızlandırıcı
Ekip, en son başarılarına dayanarak, DLA'ların araştırmacıların alt-göreceli elektron enerjilerine ulaşma yeteneğini büyük ölçüde geliştirebileceğinden emin. Broaddus, "DLA'lar artık geleneksel hızlandırıcı parametrelerini cihazlarımızdan çıkarabildiğimiz ve diğer hızlandırıcı teknolojileriyle karşılaştırılabilen gerçek bir hızlandırıcı teknolojisi olarak ele alınabilir" diye açıklıyor.
Bu gelişmeler, temel fizikte yeni keşiflerin önünü açabilir ve hatta endüstri ve tıp gibi alanlarda yeni faydalar sağlayabilir.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/dielectric-laser-accelerator-creates-focused-electron-beam/
