德國(guó)科學(xué)家在最新一期《物理評(píng)論》雜志上撰文稱,他們研制的激光等離子體加速器LUX連續(xù)不斷產(chǎn)生電子束的時(shí)間首次超過(guò)一整天達(dá)到30小時(shí),創(chuàng)下世界紀(jì)錄,這是通往未來(lái)粒子加速器的一個(gè)重要里程碑,有望讓基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域受益。
LUX由德國(guó)電子同步加速器研究所(DESY)和漢堡大學(xué)共同開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)。研究人員解釋稱,在激光等離子體加速器內(nèi),激光或高能粒子束會(huì)在微管內(nèi)產(chǎn)生等離子波。等離子體是一種氣體,其中的氣體分子被剝離了電子。LUX使用氫氣作為氣體。
研究小組負(fù)責(zé)人安德烈亞斯·邁爾解釋說(shuō):“激光脈沖以狹窄的圓盤(pán)形式穿過(guò)氣體,在此過(guò)程中,將電子從氫分子中剝離,緊隨脈沖后的電子會(huì)被位于其前方帶正電的等離子波加速。這使激光等離子加速器獲得的加速?gòu)?qiáng)度比現(xiàn)今最強(qiáng)大的機(jī)器能提供的加速?gòu)?qiáng)度高1000倍,更緊湊、功能更強(qiáng)大的等離子體加速器有望廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。”
在破紀(jì)錄的不間斷運(yùn)行中,加速器每秒能加速100000多個(gè)電子束。有了這么龐大的數(shù)據(jù)集,科學(xué)家可以對(duì)加速器、激光器和光束的特性開(kāi)展更精確地關(guān)聯(lián)和分析。邁爾說(shuō):“例如,我們可以將電子束中意想不到的變化追溯到激光器中的特定位置,從而確切知道從哪里開(kāi)始才能產(chǎn)生更好的粒子束。”
邁耶指出:“該系統(tǒng)可運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間,但我們?cè)?0小時(shí)后就停止了運(yùn)行。最新研究為這種創(chuàng)新的粒子加速器技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),將激光等離子體加速技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到實(shí)際應(yīng)用的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。”
邁耶也強(qiáng)調(diào)說(shuō),在將這些設(shè)備投入實(shí)際使用之前,仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服,“但現(xiàn)在,我們能夠操控運(yùn)行電子束線更長(zhǎng)時(shí)間,這使我們能更好地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。”
DESY加速器部門主管威姆·利曼思總結(jié)說(shuō):“這項(xiàng)工作表明,激光等離子體加速器可以產(chǎn)生可控輸出,為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)該技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”
與大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)等傳統(tǒng)的粒子加速器相比,激光等離子體加速器對(duì)粒子加速的方式完全不同。這些年,傳統(tǒng)的粒子加速器不斷升級(jí),激光等離子體加速器也不斷取得新突破。幾年前,美國(guó)科研團(tuán)隊(duì)曾在9公分長(zhǎng)的等離子體管中對(duì)粒子進(jìn)行加速,使其獲得相當(dāng)于傳統(tǒng)粒子加速器能量梯度的1000倍以上的加速度,刷新了當(dāng)時(shí)激光等離子體加速器的紀(jì)錄。此次新紀(jì)錄將進(jìn)一步推動(dòng)激光等離子體加速技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室,走向?qū)嶋H應(yīng)用。