Лазерное ускорение электронов

Ла́зерное ускоре́ние электро́нов — процесс ускорения электронного пучка с помощью сверхсильного лазерного излучения. Возможно как ускорение непосредственно электромагнитным излучением в вакууме или в специальных диэлектрических структурах[1], так и опосредованное ускорение в ленгмюровской волне, возбуждаемой лазерным импульсом, распространяющимся в плазме низкой плотности. Данным методом экспериментально получены пучки электронов с энергиями, превышающими 8 ГэВ.

Прямое ускорение лазерным полем

Прямое ускорение лазерным полем малоэффективно, поскольку в строго одномерной задаче электрон, попадающий в поле лазерного импульса, после выхода из него имеет ту же энергию, что и в начале, то есть требуется проводить ускорение в сильносфокусированных полях, в которых существенна продольная составляющая электрического поля, но в таких полях фазовая скорость волны вдоль оси распространения больше скорости света, поэтому электроны быстро отстают от ускоряющего поля. Чтобы компенсировать последний эффект предлагалось проводить ускорение в газе, где относительная диэлектрическая проницаемость выше единицы, и фазовая скорость уменьшается. Однако в этом случае существенным ограничением является то, что уже при интенсивностях излучения порядка 1014 Вт/см² газ ионизируется, образуя плазму, что приводит к дефокусировке лазерного пучка. Экспериментально таким методом была продемонстрирована модуляция в 3,7 МэВ пучка электронов, имевших энергию 40 МэВ[2].

Ускорение в плазменной волне

При распространении достаточно интенсивного лазерного импульса в газе происходит его ионизация с образованием неравновесной плазмы, в которой за счёт пондеромоторного воздействия лазерного излучения возможно возбуждения так называемой кильватерной волны — ленгмюровской волны, бегущей вслед импульсу. В этой волне имеются фазы, в которых продольное электрическое поле является ускоряющим для электронов, бегущих вместе с волной. Поскольку фазовая скорость продольной волны равна групповой скорости лазерного импульса в плазме, которая лишь немногим меньше скорости света, релятивистские электроны могут находиться в ускоряющей фазе достаточно длительное время, приобретая значительную энергию. Этот метод ускорения электронов был впервые предложен в 1979 году[3].

При увеличении интенсивности лазерного импульса увеличивается амплитуда возбуждаемой плазменной волны и, как следствие, увеличивается темп ускорения. При достаточно высоких интенсивностях плазменная волна становится нелинейной и, в конце концов, обрушается. При этом возможно возникновение сильно нелинейного режима распространения лазерного импульса в плазме — так называемый пузырьковый (или баббл-) режим, в котором позади лазерного импульса образуется полость, похожая на пузырёк, практически полностью лишённая электронов. В этой полости также имеется продольное электрическое поле, способное эффективно ускорять электроны.

Экспериментально в линейном режиме взаимодействия был получен пучок электронов, ускоренный до энергий порядка 1 ГэВ на трассе длиной 3 см. Для компенсации дифракционной расходимости лазерного импульса в этом случае дополнительно использовался волновод в виде тонкого капилляра[4]. Увеличение мощности лазерного импульса до уровня петаватта позволило повысить энергию электронов до 2 ГэВ[5]. Дальнейшее увеличение энергии электронов было достигнуто за счёт разделения процессов их инжекции в ускоряющую плазменную волну и собственно процесса ускорения. Этим методом в 2011 году были получены электроны с энергией около 0,5 ГэВ[6], а в 2013 году был превышен уровень 3 ГэВ, причём общая длина ускорительного канала составила всего 1,4 см (4 мм — инжекционный этап, 1 см — ускорительный этап)[7]. В 2014 году в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли были получены первые экспериментальные результаты по ускорению электронов в капилляре длиной 9 см при помощи лазера BELLA. В этих экспериментах было продемонстрировано ускорение до энергии, превышающей 4 ГэВ, лазерным импульсом мощностью 0,3 ПВт, что стало новым рекордом[8]. В 2019 году там же был установлен новый рекорд — при пиковой мощности лазерного импульса 0,85 ПВт были получены электроны с энергией около 7,8 ГэВ в капилляре длиной 20 см[9].

В нелинейном режиме взаимодействия максимально достигнутая энергия составила 1,45 ГэВ на трассе длиной 1,3 см. В эксперименте использовался лазерный импульс мощностью 110 ТВт[10].

См. также

Примечания

  1. ↑ R. Joel England et al. Dielectric laser accelerators (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2014. — Vol. 86. — P. 1337. — doi:10.1103/RevModPhys.86.1337. Архивировано 12 февраля 2017 года.
  2. ↑ E. Esarey, P. Sprangle, J. Krall. Laser acceleration of electrons in vacuum (англ.) // Phys. Rev. E. — 1995. — Vol. 52. — P. 5443.
  3. ↑ T. Tajima, J. M. Dawson. Laser Electron Accelerator (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 1979. — Vol. 43. — P. 267.
  4. ↑ W. P. Leemans et al. GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator (англ.) // Nature Physics. — 2006. — Vol. 2. — P. 696—699. Архивировано 20 октября 2010 года.
  5. ↑ Xiaoming Wang et al. Quasi-monoenergetic laser-plasma acceleration of electrons to 2 GeV (англ.) // Nature Communications. — Nature Publishing Group, 2013. — Vol. 4. — P. 1988. Архивировано 16 октября 2013 года.
  6. ↑ B. B. Pollock et al. Demonstration of a Narrow Energy Spread, ∼0.5  GeV Electron Beam from a Two-Stage Laser Wakefield Accelerator (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2011. — Vol. 107. — P. 045001. Архивировано 12 января 2012 года.
  7. ↑ Hyung Taek Kim et al. Enhancement of Electron Energy to the Multi-GeV Regime by a Dual-Stage Laser-Wakefield Accelerator Pumped by Petawatt Laser Pulses (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2013. — Vol. 111. — P. 165002. — doi:10.1103/PhysRevLett.111.165002. — arXiv:1307.4159.
  8. ↑ W. P. Leemans et al. Multi-GeV Electron Beams from Capillary-Discharge-Guided Subpetawatt Laser Pulses in the Self-Trapping Regime (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2014. — Vol. 113. — P. 245002. — doi:10.1103/PhysRevLett.113.245002. Архивировано 22 июля 2020 года.
  9. ↑ A. J. Gonsalves et al. Petawatt Laser Guiding and Electron Beam Acceleration to 8 GeV in a Laser-Heated Capillary Discharge Waveguide (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2019. — Vol. 122. — P. 084801. — doi:10.1103/PhysRevLett.122.084801. Архивировано 22 июля 2020 года.
  10. ↑ C. E. Clayton et al. Self-Guided Laser Wakefield Acceleration beyond 1 GeV Using Ionization-Induced Injection (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2010. — Vol. 105. — P. 105003.

Литература

Научная

Научно-популярная

Read other articles:

Clifton Young

Clifton YoungLahirRobert Howard YoungTahun aktif1925-1951 Robert Howard Clifton Young (15 September 1917 – 10 September 1951) adalah aktor film asal Amerika Serikat. Pranala luar Internet Movie Database Find-A-Grave profile for Clifton Young lbsOur GangAnggota Our Gang Lassie Lou Ahern Peggy Ahern Wally Albright Sherwood Spud Bailey Carlena Beard Matthew Stymie Beard Scotty Beckett Tommy Butch Bond Sonny Bupp Janet Burston Peggy Cartwright Norman Chubby Chaney Joe Cobb J...

 

 

A.F.H. Rosenow

Letnan Kolonel Pelaut (Purn.)A.F.H. Rosenow KRI Dewaruci 1 Informasi pribadiLahir1892Prusia, JermanMeninggal1966Kebangsaan Indonesia Jerman BelandaKarier militerPihak Jerman Indonesia Hindia Belanda JepangDinas/cabang Kriegsmarine TNI Angkatan LautPangkat Letnan KolonelSatuanKorps PelautPertempuran/perangPerang Dunia 1Perang Dunia 2Revolusi Nasional IndonesiaSunting kotak info • L • B Letkol Pelaut (Purn.) August Friederich Hermann Rosenow ...

 

 

Hafizah (seri televisi 2018)

Artikel ini bukan mengenai Hafizah (seri televisi 2009). HafizahGenre Drama Religi Keluarga Roman PembuatMNC PicturesSkenario Shinta Rianasari (Eps. 1—2) Rizki Akbar Jannah (Eps. 3—30) Aviv Elham (Eps. 31—39) CeritaExan ZenSutradaraDoddy DjanasPemeran Dimas Seto Fanny Fabriana Kirana Larasati Mellyana Baskarani Maudy Wilhelmina Penggubah lagu temaRizki AwanLagu pembukaRabbana oleh Indah NevertariLagu penutupRabbana oleh Indah NevertariPenata musikJoseph S. DjafarNegara asalIndones...

ميناندز (نيويورك)

ميناندز     الإحداثيات 42°41′36″N 73°43′37″W / 42.6933°N 73.7269°W / 42.6933; -73.7269   [1] تاريخ التأسيس 1842  تقسيم إداري  البلد الولايات المتحدة[2]  التقسيم الأعلى مقاطعة ألباني  خصائص جغرافية  المساحة 3.4 ميل مربع8.569986 كيلومتر مربع (1 أبريل 2010)  ارتفاع 36 �...

 

 

Besi oksida

Pigmen besi oksida Besi oksida adalah senyawa kimia yang terdiri dari besi dan oksigen. Sejauh ini, telah ditemukan 16 senyawa besi oksida dan oksihidroksida.[1] Besi oksida dan oksida-hidroksida banyak ditemukan di alam dan berperan penting dalam proses geologi dan biologi. Senyawa ini juga banyak digunakan manusia sebagai bijih besi, pigmen, katalis, termit, dan Hemoglobin. Karat sendiri merupakan senyawa kimia dengan rumus besi(III) oksida. Oksida Besi(II) oksida, wüstit (FeO) Bes...

 

 

Arizona State Route 86

State highway in Arizona, United States State Route 86SR 86 highlighted in redRoute informationMaintained by ADOTLength118.10 mi[1] (190.06 km)Existed1930–presentMajor junctionsWest end SR 85 in WhyMajor intersections I-19 in TucsonEast end16th Avenue in Tucson LocationCountryUnited StatesStateArizona Highway system Arizona State Highway System Interstate US State Proposed Former ← SR 85→ SR 87 State Route 86 (or SR 86) is a state hig...

Sabei (Yemen)

Voci principali: Storia dell'antico Yemen, Regno di Saba. Regno di Sheba (senape) nel III secolo d.C. I Sabei (in arabo السَّبَئِيون/السَّبأيون‎?, al-Saba’iyyūn/al-Sabā'yyūn, o in ebraico סבאים‎?, Saba'im) furono un antico popolo parlante una lingua sudarabica, fiorito nel II millennio a.C. nel sud della penisola Arabica (attuale Yemen). Il loro regno di Saba (in arabo سَبأ‎?, Sabāʾ, e (in ebraico סבא‎?, Sab...

 

 

I Declare War (band)

American deathcore band I Declare WarI Declare War in 2011.From left to right: Jamie Hanks (vocals) and Evan Hughes (guitar).Background informationOriginSeattle, Washington, U.S.GenresDeathcore[1]Years active2005–presentLabelsArteryMembersJamie HanksJohn WintersGreg KirkpatrickGaron Howe I Declare War is an American deathcore band from Seattle, Washington. History The band was founded in 2005. The original lineup consisted of Jonathan Huber (vocals), Evan Hughes (guitar), Jake Pauls...

 

 

Nick Ward (basketball)

American basketball player Nick WardWard (21) in 2019Metropolitans 92PositionCenterLeagueLNB ÉlitePersonal informationBorn (1997-09-02) September 2, 1997 (age 26)NationalityAmericanListed height6 ft 9 in (2.06 m)Listed weight245 lb (111 kg)Career informationHigh schoolLincoln (Gahanna, Ohio)CollegeMichigan State (2016–2019)NBA draft2019: undraftedPlaying career2019–presentCareer history2019Fethiye Belediyespor2019–2020College Park Skyhawks2020–2021Istanb...

Baked Alaska

Baked Alaska pisang Baked Alaska adalah hidangan penutup yang dibuat dari es krim yang dilapisi dengan bolu spons atau puding natal dan ditutup dengan buih telur (putih telur yang dikocok dengan gula). Kue ini dipanggang di dalam oven yang sangat panas dalam waktu singkat agar buih telur mengeras seperti kue busa. Kocokan putih telur dan gula berfungsi sebagai insulator, sehingga pemanggangan dalam waktu singkat tidak akan sampai melumerkan es krim. Variasi Ada variasi bernama Bombe Alaska ka...

 

 

Brad Halliday

English footballer (born 1995) Brad Halliday Halliday playing for York City in 2015Personal informationFull name Bradley Halliday[1]Date of birth (1995-07-10) 10 July 1995 (age 28)[2]Place of birth Redcar, EnglandHeight 5 ft 11 in (1.80 m)[3]Position(s) Defender / MidfielderTeam informationCurrent team Bradford CityNumber 2Youth career2000–2010 Redcar Town2010–2013 Middlesbrough2013 Newcastle United2013–2014 MiddlesbroughSenior career*Years Te...

 

 

Davide Bonora

Davide Bonora Bonora alla Virtus Bologna Nazionalità  Italia Altezza 186 cm Peso 84 kg Pallacanestro Ruolo Allenatore e General manager(ex playmaker) Squadra Supernova Fiumicino Termine carriera 2011 - giocatore CarrieraSquadre di club 1989-1990 Virtus Bologna2 (2)1991-1995 Scaligera123 (997)1995-1999 Pall. Treviso143 (1.168)1999-2002 Virtus Bologna62 (187)2002-2005 Virtus Roma112 (323)2005-2006 Scandone Avellino33 (189)2006-2008 Sebastiani Rieti61 (1...

Western Canada Summer Games

This article includes a list of references, related reading, or external links, but its sources remain unclear because it lacks inline citations. Please help improve this article by introducing more precise citations. (April 2015) (Learn how and when to remove this message) Western Canada Summer GamesAthletes from 3 western provinces: Alberta, Saskatchewan, Manitoba, and the 3 territories: Yukon, Northwest Territories, and Nunavut, compete in the WCSGStatusActiveGenreMulti-sport eventFrequenc...

 

 

2016年美國總統選舉

2016年美國總統選舉 ← 2012 2016年11月8日 2020 → 538個選舉人團席位獲勝需270票民意調查投票率55.7%[1][2] ▲ 0.8 %   获提名人 唐納·川普 希拉莉·克林頓 政党 共和黨 民主党 家鄉州 紐約州 紐約州 竞选搭档 迈克·彭斯 蒂姆·凱恩 选举人票 304[3][4][註 1] 227[5] 胜出州/省 30 + 緬-2 20 + DC 民選得票 62,984,828[6] 65,853,514[6]...

 

 

Alguacilillo

Horseman who parades at the head of the paseíllo This article does not cite any sources. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Alguacilillo – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (February 2009) (Learn how and when to remove this message) Two alguacilillos in plaza de las Ventas, MadridThe alguacilillo (Spanish diminutive for alguacil) is a horsem...

Grotta Gigante

Giant cave on the Italian side of the Trieste Karst Grotta Gigante (Giant Cave)Briška jama, Briškovska jama, Jama pri BriščikihInside the cave looking towards the tourist entranceLocation of the caves in ItalyLocationSgonico (TS, Friuli-Venezia Giulia, Italy)Coordinates45°42′33.18″N 13°45′49.79″E / 45.7092167°N 13.7638306°E / 45.7092167; 13.7638306Depth115 m (377 ft)Length280 m (920 ft)Elevation275 m[1]Discovery1840GeologyKar...

 

 

Gulf Keystone Petroleum

This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these template messages) This article contains content that is written like an advertisement. Please help improve it by removing promotional content and inappropriate external links, and by adding encyclopedic content written from a neutral point of view. (April 2015) (Learn how and when to remove this message) This article needs additional citations for verificatio...

 

 

Alps

Major mountain range system in central Europe Alpe redirects here. For the German river, see Alpe (river). For ‌other uses, see Alps (disambiguation). AlpsSatellite view of the AlpsHighest pointPeakMont BlancElevation4,808.73 m (15,776.7 ft)[1]ListingList of mountain rangesCoordinates45°49′58″N 06°51′54″E / 45.83278°N 6.86500°E / 45.83278; 6.86500DimensionsLength1,200 km (750 mi)Width250 km (160 mi)Area200,000...

Malcolm in the Middle

American television sitcom (2000–2006) Not to be confused with The Middle (TV series). Malcolm in the MiddleGenreSitcomCreated byLinwood BoomerStarring Jane Kaczmarek Bryan Cranston Christopher Masterson Justin Berfield Erik Per Sullivan Frankie Muniz Theme music composerJohn FlansburghJohn LinnellOpening themeBoss of Me by They Might Be GiantsEnding themeBoss of Me (instrumental)Composers Charles Sydnor They Might Be Giants Country of originUnited StatesOriginal languageEnglishNo. of seaso...

 

 

Tur Agung

Turis Agung, seperti Francis Basset menjadi akrab dengan barang-barang antik, meskipun altar ini adalah penemuan pelukis Pompeo Batoni, 1778.[butuh rujukan] Tur Agung adalah kebiasaan tradisional perjalanan Eropa abad ke-17 dan ke-18 yang dilakukan oleh para pemuda kelas atas dengan kekayaan dan kedudukan yang cukup (biasanya disertai oleh pendamping, seperti anggota keluarga) ketika mereka beranjak dewasa (sekitar 21 tahun). Kebiasaan - yang berkembang dari sekitar 1660 sampai muncul...