Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Голосование | Топ-лист | Дискуссия Rambler's Top100

TopList Яндекс цитирования

НОВОСТИ
"РУССКОГО ПЕРЕПЛЕТА"

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

Афиша

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвжиники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

Текущий

2003

2002

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы


Новости
"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

28.02.2019
14:48

Пролетевшему мимо Земли «инопланетному зонду» нашли новые объяснения

27.02.2019
21:47

Очередной 300-й вечер "Русского переплета" состоится 1 марта

27.02.2019
20:06

Установлен новый рекорд лазерно-плазменного ускорения электронов

    В ходе экспериментов в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли лазерный импульс пиковой мощностью около одного петаватта, распространяясь в плазменном канале, разогнал пучок электронов до энергии, превышающей восемь гигаэлектронвольт, на дистанции всего в 20 сантиметров. Это почти в два раза превышает предыдущий рекорд лазерно-плазменного ускорения, установленный там же в 2014 году.

    Достичь такого результата удалось за счет использования дополнительного лазерного импульса, предварительно уменьшившего концентрацию плазмы в канале. О результатах эксперимента, описанного в журнале Physical Review Letters, сообщает Physics.

    Для ускорения заряженных частиц ученые чаще всего используют ускорители, работающие на основе высокочастотных резонаторов. Наибольшие успехи здесь были достигнуты в синхротронах — циклических ускорителях, в которых частицы совершают большое количество оборотов, постепенно набирая энергию. Рекордсмен в этой области — Большой адронный коллайдер, на котором удалось разогнать протоны до энергии около 6,5 тераэлектронвольт. Однако разогнать до той же энергии электроны в циклических ускорителях невозможно: из-за малой массы они при энергии порядка нескольких гигаэлектронвольт начинают чрезвычайно сильно излучать в поворачивающих магнитах, теряя всю набранную за оборот энергию.

    Поэтому для достижения рекордно высоких энергий электронов применяют линейные ускорители. Самый длинный из них — почти трехкилометровый Стэнфордский линейный ускоритель SLAC, который и удерживает в настоящее время рекорд электронного ускорения: 50 гигаэлектронвольт. Проект Международного линейного коллайдера ILC в Японии предполагает строительство двух линейных ускорителей — отдельно для электронов и позитронов — длиной в 13 километров каждый с энергией частиц до 250 гигаэлектронвольт.

    Главный ограничивающий фактор для подобных ускорителей — пробой его элементов слишком большими ускоряющими полями. По этой причине темп ускорения в них не может превышать величины порядка 10–20 мегаэлектронвольт на метр. В то же время, еще в 1979 году был предложен альтернативный метод ускорения частиц — плазменной волной, возбуждаемой коротким, но мощным лазерным импульсом. Этот метод сейчас называют кильватерным лазерно-плазменным ускорением, поскольку плазменная волна возбуждается позади, то есть в кильватере, лазерного импульса.

    Для плазменных методов ускорения не существует ограничения на величину ускоряющих полей, и темп ускорения для них может достигать 100 гигаэлектронвольт на метр, однако ряд технических проблем не позволяет пока им напрямую конкурировать с традиционными ускорителями. Одна из самых важных — сложность организации стабильного и эффективного лазерно-плазменного ускорения на дистанции, превышающей несколько миллиметров.

    При лазерно-плазменном ускорении эффективность ускорения определяется двумя факторами: величиной ускоряющего электрического поля в плазменной волне и длиной, на которой происходит эффективное ускорение. Чем больше каждая из этих величин, тем больше в итоге энергию получат ускоряемые электроны. Однако одновременно увеличивать обе величины нельзя.

    Чтобы увеличить ускоряющее электрическое поле, надо использовать как можно более плотную плазму. Но чем плотнее плазма, тем больше энергии лазерный импульс тратит не на ускорение частиц, а на возбуждение плазменной волны и нагрев плазмы вокруг. В результате в плотной плазме лазерный импульс быстро истощается, теряя всю энергию, и длина ускорения оказывается малой. Исследования показали, что выгоднее наоборот уменьшать плотность плазмы: ускоряющее поле будет меньше, зато длина ускорения будет значительно больше.

    Однако при длительном ускорении в разреженной плазме проявляется другая проблема: лазерный импульс из-за дифракции становится широким и его интенсивность падает, поскольку теперь та же мощность оказывается распределена по большему сечению. Это приводит к тому, что уже через несколько миллиметров лазерный импульс становится неспособным создавать сколько-нибудь заметную плазменную волну и ускорять электроны.

    Для борьбы с этим эффектом при лазерно-плазменном ускорении используют специальный плазменный канал, который не дает лазерному импульсу расширяться. В таком канале создается определенный профиль плотности плазмы, так что в его центре плазма менее плотная, чем по бокам. По такому каналу лазерный импульс бежит словно по желобу, оставаясь все время вблизи центра.

    Именно такие плазменные каналы позволили ученым из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в 2014 году получить стабильное ускорение электронов на дистанции порядка девяти сантиметров и довести их энергию до рекордных на тот момент 4,2 гигаэлектронвольт. Дальнейший набор энергии был невозможен, поскольку к концу канала лазерный импульс истощался. Попытки увеличить длину ускорения за счет уменьшения плотности плазмы столкнулись с еще одной проблемой: для еще более разреженной плазмы глубины создаваемого плазменного канала оказалось недостаточно для удержания лазерного импульса.

    Чтобы преодолеть эту проблему, ученые решили разделить процесс создания плазменного канала на две стадии. Изначально канал создавался в результате электрического разряда в капиллярах — тонких сапфировых трубках диаметром менее миллиметра. В новых экспериментах после разряда в капилляр с уже образовавшейся плазмой запускался относительно длинный и мощный импульс, который нагревал плазму в центре капилляра. Нагретая плазма расширялась, в результате чего в центре ее плотность уменьшалась.

    Сложность заключается в том, что распространяясь в плазме нагревающий лазерный импульс взаимодействует с этой плазмой и значительно меняет свои свойства. Для правильного подбора его параметров потребовалось проводить масштабное численное моделирование, учитывающее этот эффект. Такое моделирование было проведено группой ученых из Института прикладной математики РАН, МИФИ и Института физики Академии наук Чешской Республики.

    В ходе экспериментов нагрев осуществлялся лазерным импульсом длительностью восемь наносекунд и с полной энергией в 300 миллиджоулей. Его использование позволило снизить ширину плазменного канала для основного импульса с 110 микрометров до 60 микрометров. Основной лазерный импульс имел длительность около 35 фемтосекунд и пиковую мощность 0,85 петаватт. В результате серии экспериментов была получена стабильная генерация пучков электронов с энергией в районе шести–семи гигаэлектронвольт, а в рекордном эксперименте энергия электронов превысила восемь гигаэлектронвольт.

    Для создания реальной альтернативы традиционным электрон-позитронным коллайдерам ученым требуется решить еще целый ряд проблем. Во-первых, маловероятно, что удастся одним лазерным импульсом ускорить электроны до энергии значительно больше 10 гигаэлектронвольт, поэтому необходимо организовать многостадийное ускорение большим количеством лазерных импульсов. Здесь возникает проблема синхронизации стадий ускорения, поскольку речь идет о пучках электронов диаметром порядка 20–30 микрометров, которые надо синхронизировать с лазерными импульсами с точностью до нескольких микрон в поперечном направлении и до нескольких фемтосекунд по времени.

    Во-вторых, даже на одной стадии процессу ускорения не хватает стабильности. Энергия электронов для каждого отдельного лазерного импульса получается немного различной, также флуктуирует и количество электронов в пучке, и направление их вылета из ускорителя.

    В то же время, у лазерно-плазменных ускорителей есть и другие возможные приложения помимо коллайдеров. Ускоренные в них электронные пучки можно использовать в рентгеновских лазерах на свободных электронах или для генерации яркого рентгеновского и гамма-излучения при взаимодействии с лазерными импульсами. Разработка подобного ускорителя, готового для индустриального использования, ведется, например, в рамках европейского проекта EuPRAXIA, в ассоциированных партнерах которого значатся и российские интституты: Институт прикладной физики РАН и Объединенный институт высоких температур РАН.

    По информации https://nplus1.ru/news/2019/02/27/electrons

    Обозрение "Terra & Comp".

Выскажите свое мнение на:

27.02.2019
17:15

На Камчатке скоро может начаться извержение вулкана, заявил ученый

27.02.2019
17:03

Жертвы потепления. Ученые выяснили, почему ранняя весна — это плохо

27.02.2019
16:43

Астрономы нашли одинокую «анемичную» галактику

27.02.2019
15:13

У звезды с «инопланетными мегаструктурами» зафиксировали аномальные сигналы

27.02.2019
15:04

"Туго иным с Тугариновым" - новое в литературном обозрении Соломона Воложина

26.02.2019
20:50

Компания Virgin Galactic "свозила" в космос своего первого пассажира

26.02.2019
17:45

"Роль ментальности в реальной политике." - новое в обозрении Маркса Тартаковского

26.02.2019
16:43

Переход на ВИЭ уже сокращает выбросы CO2

26.02.2019
15:28

Эксперт рассказал, когда мир может перейти на возобновляемую энергию

26.02.2019
15:22

Заглянуть на 14 млрд лет назад: зачем нужен кольцевой коллайдер будущего

26.02.2019
15:11

Ученые НАСА воссоздали вулканическую "колыбель жизни" в лаборатории

26.02.2019
14:59

Израильский лунный зонд впервые производит включение двигателей в космосе

26.02.2019
14:53

Джекпот! Ученые открывают 300000 новых далеких галактик

26.02.2019
14:48

Частный «космический грузовик» Cygnus сгорает в атмосфере Земли

26.02.2019
14:38

Предсказана скорая катастрофа в Антарктиде

26.02.2019
14:34

Доказано спонтанное появление жизни в океанах

26.02.2019
14:31

Предсказано появление смертоносного безоблачного неба

<< 431|432|433|434|435|436|437|438|439|440 >>

НАУКА

Новости

Научный форум

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

2000-2002
Научно-популярный журнал Урания в русском переплете
(1999-200)

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

НАУЧНЫЕ ОБОЗРЕНИЯ

"Физические явления на небесах"

"TERRA & Comp"

"Неизбежность странного микромира"

"Биология и жизнь"

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology

 

 


Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

Редколлегия | О журнале | Авторам | Архив | Ссылки | Статистика | Дискуссия

Галерея "Новые Передвижники"
Пишите

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Русский Переплет
Rambler's Top100 TopList