Физики создали компактный источник синхротронного излучения

В последние годы ученые разрабатывают идею так называемого кильватерного ускорения частиц. Она заключается в использовании облака плазмы для сверхбыстрого ускорения заряженных частиц, если ударить по ним несколькими пучками электронов или протонов через четко выверенный промежуток времени.

Из-за этого возникает кильватерная волна, разница в электрическом потенциале между соседними частями плазменного облака, которая будет ускорять заряженные частицы в тысячу раз быстрее, чем сверхпроводящие магниты в главном кольце Большого адронного коллайдера.

Недавно физики реализовали несколько успешных демонстраций работы кильватерного ускорения, в том числе в рамках эксперимента AWAKE на Большом адронном коллайдере.

Схожий подход можно использовать для создания компактной установки. Она способна вырабатывать яркие пучки синхротронного гамма-излучения, а также потоки нейтронов высоких энергий.

Ученые испытали прототип ускорителя при помощи лазера PHELIX, установленного в Центре Гельмгольца в Дармштадте. Используя эту установку, исследователи подготовили набор из сверхмощных, но коротких импульсов лазерного излучения. Эти вспышки превращают пористую мишень из триацетата целлюлозы, изготовленную в России, в облако из плазмы, где электроны разгоняются до сверхвысоких энергий в результате взаимодействия испаренной мишени с последующими вспышками света.

Этот пучок электронов, в свою очередь, сталкивается с пластинкой из золотой фольги, что приводит к их резкому торможению и сбросу излишков энергии в виде большого числа фотонов сверхвысоких энергий. В результате этого возникает мощная и очень концентрированная вспышка гамма-излучения, которую можно использовать как для проведения замеров, так и для выработки потока нейтронов. Для этого достаточно столкнуть этот набор гамма-квантов с «бутербродом» из нескольких металлических пластинок.

«Относительно недорогая и компактная лазерная установка оказалась способна в некоторых аспектах заменить собой классический радиочастотный ускоритель электронов. Полученный импульсный источник направленного рентгеновского излучения и нейтронов может быть использован во многих областях исследований — в рентгенографических и материаловедческих, в медицинских и биофизических приложениях, а также ядерных исследованиях» — говорится в сообщении.