Физики Московского государственного университета открыли революционный способ управления энергией электронных пучков в компактных лазерно-плазменных ускорителях.
Традиционное оборудование, основанное на радиочастотных резонаторах, отличается огромными габаритами. Новую технологию получится использовать для задач, выполняемых с применением настольных лазерных систем.
Компактность таких ускорителей объясняется тем, что их плазма выдерживает огромные электрические поля, которые создаются сверхкоротким лазерным импульсом. Он, в свою очередь, «расталкивает» электроны и создает волну электронной плотности. Представить это можно на простом примере: лазер создает эту волну словно корабль, который оставляет кильватерный след.
Процесс также можно сравнить с серфингом: мощный лазерный импульс создает волну плазмы, а электроны ловят ее и разгоняются. Именно в этой волне возникают сильные электрические поля (до 100 ГВ/м), разгоняющие электроны до релятивистских скоростей.
«Ученые экспериментально реализовали и исследовали в численном эксперименте оригинальный способ управления длиной ускорения электронов в плазме — оказалось, что можно резко прерывать такой процесс. Для этого используется дополнительный лазерный импульс для создания ударной волны в газовой струе, перпендикулярный направлению ускорения. За фронтом ударной волны концентрация плазмы резко падает, и процесс ускорения прекращается. При этом удается сформировать электронный импульс с малой угловой расходимостью и узким энергетическим спектром, а также избежать ухудшения качества пучка из-за эффекта дефазировки», — объяснили в МГУ.
Метод позволяет динамически перестраивать энергию электронов с высокой точностью и открывает возможности как для медицинских и промышленных задач (например, для адаптивной лучевой терапии с точной подстройкой под глубину опухоли), так и для дальнейших фундаментальных исследований.
Ранее Наука Mail рассказывала, что российские ученые создали установку для имитации космического излучения.
