مسرعات الجسيمات مهمة للغاية في دراسة المادة في الكون ، ولكن تلك التي نفكر فيها تميل إلى أن تكون أدوات عملاقة – تحيط بالمدن في بعض الحالات. ابتكر العلماء الآن نسخة أصغر بكثير لتشغيل ليزر متقدم ، وهو إعداد يمكن أن يكون مفيدًا مثل نظرائه الأكبر حجمًا.
مسرع الجسيمات المعني هو أ مسرع مجال تنبيه البلازما، التي تولد دفعات قصيرة ومكثفة من الإلكترونات ، والليزر الذي تشغله هو ما يسمى ليزر الإلكترون الحر (FEL) ، الذي يستخدم ضوءه لتحليل الذرات والجزيئات والمواد المكثفة بدقة عالية بشكل لا يصدق.
على الرغم من تجربة هذا السيناريو من قبل ، إلا أن ضوء الليزر الناتج لم يكن شديدًا بدرجة كافية ليكون مفيدًا على نطاق أصغر. هنا ، تمكن الباحثون من إبقاء المنشأة مغلقة في عدد قليل من الغرف كاملة الحجم مع تضخيم شعاع الإلكترون النهائي الناتج عن الليزر ، مما زاد من شدته 100 ضعف في الخطوة الأخيرة من العملية.
“لقد أثبتنا جدوى الطريقة التقنية الجديدة مع مسرع الإلكترون الليزري بقدرة تسريع عالية جدًا ، وقلص حجم المنشأة من مستوى الكيلومتر إلى 12 مترًا” ، يقول الفيزيائي لينغ يوكسين، من الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS).
كان على الفريق التغلب على تحديات مختلفة لتقليص التكنولوجيا مع إبقائها مفيدة عمليًا. كان عليهم تقليل التباين في طاقة الإلكترون إلى 0.5٪ فقط ، على سبيل المثال ، الأمر الذي تطلب سلسلة من التحسينات التي تتحكم في تسارع الإلكترونات وتضمن السفر السلس.
تُسحب الإلكترونات عبر أنبوب مفرغ ومن خلال سلسلة من ثلاثة محولات ممغنطة ، والتي تستخدم مجالاتها المغناطيسية لزعزعة الإلكترونات وإنتاج الضوء. يطرد الضوء المنبعث الإلكترونات ويدفعها إلى مجموعات أصغر والتي تولد بعد ذلك شعاع الليزر.
يعد المجال الكهربائي المتزايد عبر المحولات مع الحفاظ على الاستقرار أحد الأسباب التي جعلت الإعداد قادرًا على أن يكون مضغوطًا كما كان. وهذا يعني أنه يمكن تطبيق العديد من مزايا مسرعات الجسيمات في التجارب التي تُجرى في غرفة واحدة.
“خصائص FEL ، بما في ذلك معدلات الدقة العالية جدًا من حيث الزمان والمكان وذروة السطوع العالية جدًا ، تسمح بالتصوير ثلاثي الأبعاد ومتعدد الوسائط للمواد بدقة فائقة. ” يقول الفيزيائي وانغ وينتاومن CAS.
لا يقتصر الأمر على أن الإعداد الجديد أصغر من مسرع الجسيمات القياسي وإعداد FEL فحسب ، بل إنه أيضًا بأسعار معقولة ، مما يفتح جميع أنواع التطبيقات الجديدة المحتملة ، حتى لو لم يكن الجهاز بنفس قوة التطبيقات. الإصدارات واسعة النطاق.
في الواقع ، سوف يستغرق إعداد مسرّع الجسيمات الجديد و FEL الخاص به لإجراء تجارب معملية عملية الكثير من الوقت والكثير من الأبحاث ، لكن العلماء أظهروا ما هو ممكن من حيث تصغير حجم النظام بأكمله.
وبينما تبقى بعض الأسئلة حول كيفية مطابقة المسرع الصغير والليزر للنتائج التي نحصل عليها بالفعل من الإصدارات الأكبر ، خبراء آخرين أشاد بسرعة بالبحث الجديد لما كان قادرًا على القيام به. قد تكون هناك العديد من الاكتشافات الجديدة والمثيرة في الطريق.
“من المرجح أن يؤدي تطبيق التكنولوجيا المحتملة إلى توسيع فهم الإنسان بشكل كبير لسر الحياة وثورة الكائنات الحية” ، قال Wentao.
تم نشر البحث في الطبيعة.
