世界纪录-低吃水电子束驱动高等离子尾流

DESY的科学家们已经实现了新型等离子体粒子加速器的可用性的里程碑。使用PITZ加速器的电子束,DESY的Zeuthen工厂的光注射器测试设施,DESY物理学家Frank Stephan和他的团队,作为LAOLA合作的一部分,加速了等离子尾流中的电子,提高了证据加速度和驱动梁减速。这种所谓的变压器比定义了这种等离子加速器中可实现的能量增益。他们的研究结果现已发表在“ 物理评论快报”上。

基于等离子体的粒子加速是一种新颖的加速器技术,其利用在等离子体中实现加速场强度的可能性超过传统加速器的三个数量级。在等离子体加速器方案的情况下,一对两个电子束被射入电离气体(等离子体),其中第一个高能量“驱动器” - 发射驱动等离子体唤醒。第二个“目击者”群体,在第一个以大约5皮秒(百万分之一秒)延迟的速度落后,在等离子体唤醒中加速,就像冲浪者乘坐船只一样。

驱动等离子体尾流的电子在此过程中减速并充当加速的能量源。加速和减速之比是上述变压器比。高变压比对应于船,轻轻滑过水但在船尾产生高速尾流。对于迄今为止在等离子体尾场实验中使用的电子束,变压器比率限制为2.PITZ的实验旨在突破这一限制,这可以通过使用PITZ提供的特殊形成的电子束来实现。利用该设施的灵活光电阴极激光器,研究人员首次能够通过不对称的三角形驱动器束来研究等离子体加速度。随着这一至关重要的改进,变压比为4。

“我们的技术的应用可以将未来等离子加速器的长度减少一半以上”,该研究的第一作者Gregor Loisch说。“现在我们知道通常可以实现如此高的变压器比率,我们将改进我们的方法,以便在更高的加速区域实现这一目标。”

特别是高可实现的加速场强使得等离子体加速成为新型粒子加速器最有希望的候选者之一。增加场强允许以恒定的加速能量缩小加速长度,这将降低建造和操作这种未来设施的成本。

在PITZ进行的研究可以减少所需传统驱动梁加速器的能量并进一步降低成本。

如今,世界上只有少数设施能够生产出所需的柔性电子束。研究加速器PITZ的其他重要资产除了其束成形能力外,还有各种诊断功能,可精确测量电子束,并为这种加速器实验提供足够的光束时间。

除了增加目前每米3.6兆伏(MV / m)的相对适中的加速场强度外,科学家还将重点关注在进一步研究中提高束形成灵活性。

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