Ny forskning baner vej for kompakte højenergi-acceleratorer

Gennem mange år har forskere arbejdet hen mod at fremstille kompakte røntgenkilder, som er baseret på laser-acceleration af elektroner. De kan efterfølgende udsende dele af deres energi som røntgenstråling eller gammastråling.

En sådan kompakt røntgenkilde vil være et alternativ til store synkrotroner med en omkreds på flere hundrede meter, hvor elektroner accelereres under tilførsel af mikrobølgeenergi i RF-systemer.

Vejen for laser-acceleration har været lang og besværlig, men nu har koreanske forskere passeret en markant pilepæl. De har med en teknik, der kaldes laser wakefield acceleration, opnået at accelerere elektroner til en energi på 3 gigaelektronvolt (3 GeV). Det er sammenligneligt med, hvad der er muligt i store lineære acceleratorer og synkrotroner.

Læs også: Synkrotronerne myldrer frem

I Lund i Sverige er man eksempelvis ved at opbygge en af verdens mest moderne synkrotroner MAX IV. Her skal elektroner i en 250 meter lang lineær accelerator bringes op i energi til 3,4 GeV, så de kan overføres til en 528 meter rund lagerring, hvor elektronerne kan holdes cirkulerende med en energi på 3 GeV og udsende røntgenstråling til brug for eksperimenter.

Læs også: Nu starter byggeriet af Nordens største synkrotron

Med hensyn til intensitet og praktisk udnyttelse halter laser-accelererede elektroner stadig langt efter elektroner i konventionelle synkrotroner, men de koreanske forskere skriver i deres artikel, at det med den nye teknik burde være relativt overkommeligt at komme op på en energi på 10 GeV.

Endnu mere markant er, at de tilføjer:

'Desuden kan totrins-metoden videreudvikles til flertrins-acceleration under de rette betingelser, det vil måske gøre det muligt at realisere en 100 GeV-elektronstråle i den nærmeste fremtid.'

En sådan accelerator kan generere ultrakorte pulser af røntgenstråling, der vil være af interesse inden for materialevidenskab, kemi og biologi.

Idé fra 1979

Laser wakefield-konceptet blev lanceret af den nu afdøde amerikanske fysiker John M. Dawson fra University of California, Los Angeles, i en artikel i Physical Review Lettes. Den skrev han i 1979 sammen med Toshiki Tajima, der i dag er tilknyttet University of California, Irvine, og International Center for Zetta-Exawatt Science and Technology (IZEST) ved Ecole Polytechnique i Frankrig.

Det er ikke mindst den teknologiske udvikling af i retning af petawatt-femtosekund lasere i de seneste år, der har gjort teknikken anvendelig. I 2011 lykkedes det således kinesiske forskere at komme tæt på 1 GeV, som nu er passeret for første gang.

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten