નાનું પરંતુ બોલ્ડ: લઘુચિત્ર રેખીય કણ પ્રવેગક કે જેણે નવો રેકોર્ડ બનાવ્યો

વિજ્ઞાન અને ટેક્નોલોજી સહિત સમાજના ઘણા ક્ષેત્રોમાં "વધુ વધુ શક્તિશાળી છે" નો પરિચિત સિદ્ધાંત લાંબા સમયથી સ્થાપિત થયો છે. જો કે, આધુનિક વાસ્તવિકતાઓમાં, "નાનું, પરંતુ શકિતશાળી" કહેવતનો વ્યવહારિક અમલ વધુ અને વધુ સામાન્ય બની રહ્યો છે. આ બંને કમ્પ્યુટર્સમાં પ્રગટ થાય છે, જેણે અગાઉ આખો ઓરડો લીધો હતો, પરંતુ હવે તે બાળકની હથેળીમાં અને ચાર્જ કરેલા કણ એક્સિલરેટરમાં ફિટ છે. હા, લાર્જ હેડ્રોન કોલાઈડર (LHC) યાદ છે, જેના પ્રભાવશાળી પરિમાણો (26 મીટર લંબાઈ) તેના નામમાં શાબ્દિક રીતે દર્શાવેલ છે? તેથી, DESY ના વૈજ્ઞાનિકો અનુસાર, આ પહેલેથી જ ભૂતકાળની વાત છે, જેમણે એક્સિલરેટરનું લઘુચિત્ર સંસ્કરણ વિકસાવ્યું છે, જે તેના પૂર્ણ-કદના પુરોગામી કરતા પ્રભાવમાં હલકી ગુણવત્તાવાળા નથી. તદુપરાંત, મિની એક્સિલરેટરે ટેરાહર્ટ્ઝ એક્સિલરેટર્સમાં એક નવો વિશ્વ વિક્રમ પણ સ્થાપિત કર્યો છે, જે એમ્બેડેડ ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાને બમણી કરે છે. લઘુચિત્ર પ્રવેગક કેવી રીતે વિકસિત થયું, તેના સંચાલનના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો શું છે અને વ્યવહારિક પ્રયોગો શું દર્શાવે છે? સંશોધન જૂથનો અહેવાલ અમને આ વિશે જાણવામાં મદદ કરશે. જાઓ.

સંશોધનનો આધાર

DESY (જર્મન ઇલેક્ટ્રોન સિંક્રોટ્રોન) ખાતેના ડોંગફેંગ ઝાંગ અને તેમના સાથીદારોના જણાવ્યા અનુસાર, જેમણે મિની-એક્સીલેટર વિકસાવ્યું હતું, અલ્ટ્રાફાસ્ટ ઇલેક્ટ્રોન સ્ત્રોતો આધુનિક સમાજના જીવનમાં અવિશ્વસનીય રીતે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તેમાંના ઘણા દવા, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ વિકાસ અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં દેખાય છે. રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ઓસિલેટરનો ઉપયોગ કરતા વર્તમાન રેખીય પ્રવેગકની સૌથી મોટી સમસ્યા તેમની ઊંચી કિંમત, જટિલ ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર અને પ્રભાવશાળી વીજ વપરાશ છે. અને આવી ખામીઓ વપરાશકર્તાઓની વિશાળ શ્રેણી માટે આવી તકનીકોની ઉપલબ્ધતાને મોટા પ્રમાણમાં મર્યાદિત કરે છે.

આ સ્પષ્ટ સમસ્યાઓ એવા ઉપકરણો વિકસાવવા માટે એક મહાન પ્રોત્સાહન છે જેનું કદ અને પાવર વપરાશ ભયાનકતાનું કારણ બનશે નહીં.

આ ઉદ્યોગમાં સંબંધિત નવીનતાઓમાં ટેરાહર્ટ્ઝ એક્સિલરેટર્સ છે, જેમાં સંખ્યાબંધ "લાભ" છે:

• એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે ટૂંકા તરંગો અને ટેરાહર્ટ્ઝ રેડિયેશનના ટૂંકા કઠોળ થ્રેશોલ્ડમાં નોંધપાત્ર વધારો કરશે. ભંગાણ*, ક્ષેત્રને કારણે થાય છે, જે પ્રવેગક ઢાળ વધારશે;

ઇલેક્ટ્રિકલ બ્રેકડાઉન* - જ્યારે ક્રિટિકલથી ઉપરનો વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે વર્તમાન શક્તિમાં તીવ્ર વધારો.

• ઉચ્ચ-ક્ષેત્ર ટેરાહર્ટ્ઝ રેડિયેશન પેદા કરવા માટે અસરકારક પદ્ધતિઓની હાજરી ઇલેક્ટ્રોન અને ઉત્તેજના ક્ષેત્રો વચ્ચે આંતરિક સુમેળ માટે પરવાનગી આપે છે;
• આવા ઉપકરણો બનાવવા માટે ક્લાસિકલ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, પરંતુ તેમની કિંમત, ઉત્પાદન સમય અને કદમાં ઘણો ઘટાડો થશે.

વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે તેમના મિલિમીટર-સ્કેલ ટેરાહર્ટ્ઝ એક્સિલરેટર એ પરંપરાગત પ્રવેગક જે હાલમાં ઉપલબ્ધ છે અને માઇક્રો-એક્સીલેટર કે જે વિકસાવવામાં આવી રહ્યા છે તે વચ્ચેનું સમાધાન છે, પરંતુ તેમના ખૂબ જ નાના પરિમાણોને કારણે ઘણા ગેરફાયદા છે.

સંશોધકો એ નકારતા નથી કે ટેરાહર્ટ્ઝ પ્રવેગક તકનીક કેટલાક સમયથી વિકાસમાં છે. જો કે, તેમના મતે, આ ક્ષેત્રમાં હજી પણ ઘણા પાસાઓ છે જેનો અભ્યાસ, પરીક્ષણ અથવા અમલ કરવામાં આવ્યો નથી.

તેમના કાર્યમાં, જેની આપણે આજે વિચારણા કરી રહ્યા છીએ, વૈજ્ઞાનિકો STEAM ની ક્ષમતાઓ દર્શાવે છે (સેગમેન્ટેડ ટેરાહર્ટ્ઝ ઇલેક્ટ્રોન એક્સિલરેટર અને મેનિપ્યુલેટર) - સેગમેન્ટેડ ટેરાહર્ટ્ઝ ઇલેક્ટ્રોન એક્સિલરેટર અને મેનિપ્યુલેટર. સ્ટીમ ઇલેક્ટ્રોન બીમની લંબાઈને પેટા-પીકોસેકન્ડ અવધિમાં ઘટાડવાનું શક્ય બનાવે છે, ત્યાંથી પ્રવેગક તબક્કા પર ફેમટોસેકન્ડ નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે.

200 MV/m (MV - megavolt) નું પ્રવેગક ક્ષેત્ર હાંસલ કરવું શક્ય હતું, જે 70 keV ની ઉર્જા સાથે એમ્બેડેડ ઇલેક્ટ્રોન બીમમાંથી > 55 keV (કિલોઇલેક્ટ્રોનવોલ્ટ) ના રેકોર્ડ ટેરાહર્ટ્ઝ પ્રવેગ તરફ દોરી જાય છે. આ રીતે, 125 keV સુધીના ત્વરિત ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્ત થયા.

ઉપકરણ માળખું અને અમલીકરણ

છબી નંબર 1: અભ્યાસ હેઠળના ઉપકરણનો આકૃતિ.

ઇમેજ નંબર 1-2: a - વિકસિત 5-સ્તરવાળા વિભાજિત બંધારણનો આકૃતિ, b - ઇલેક્ટ્રોન પ્રચારની ગણતરી કરેલ પ્રવેગ અને દિશાનો ગુણોત્તર.

ઈલેક્ટ્રોન બીમ (55 keV) માંથી પેદા થાય છે ઇલેક્ટ્રોન ગન* અને ટેરાહર્ટ્ઝ સ્ટીમ-બંચર (બીમ કોમ્પ્રેસર) માં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારબાદ તેઓ સ્ટીમ-લિનેક (રેખીય પ્રવેગક*).

ઇલેક્ટ્રોન ગન* — જરૂરી રૂપરેખાંકન અને ઊર્જાના ઈલેક્ટ્રોનનો બીમ પેદા કરવા માટેનું ઉપકરણ.

લીનિયર એક્સિલરેટર* - એક પ્રવેગક જેમાં ચાર્જ થયેલ કણો માત્ર એક જ વાર રચનામાંથી પસાર થાય છે, જે રેખીય પ્રવેગકને ચક્રીય (ઉદાહરણ તરીકે, LHC) થી અલગ પાડે છે.

બંને સ્ટીમ ઉપકરણો સિંગલ નિઅર-ઇન્ફ્રારેડ (NIR) લેસરમાંથી ટેરાહર્ટ્ઝ પલ્સ મેળવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન ગનના ફોટોકેથોડને પણ ફાયર કરે છે, પરિણામે ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રવેગક ક્ષેત્રો વચ્ચે આંતરિક સુમેળ થાય છે. ફોટોકેથોડ પર ફોટો ઉત્સર્જન માટે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કઠોળ બે ક્રમિક તબક્કાઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે જીવીજી* નજીકના-ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશની મૂળભૂત તરંગલંબાઇ. આ પ્રક્રિયા 1020 nm લેસર પલ્સ ને પહેલા 510 nm અને પછી 255 nm માં રૂપાંતરિત કરે છે.

જીવીજી* (ઓપ્ટિકલ સેકન્ડ હાર્મોનિક જનરેશન) એ બિનરેખીય સામગ્રી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન સમાન આવર્તનના ફોટોનને સંયોજિત કરવાની પ્રક્રિયા છે, જે બમણી ઉર્જા અને આવર્તન સાથે તેમજ અડધા તરંગલંબાઇ સાથે નવા ફોટોનનું નિર્માણ તરફ દોરી જાય છે.

NIR લેસર બીમનો બાકીનો ભાગ 4 બીમમાં વહેંચાયેલો છે, જેનો ઉપયોગ ઇન્ટ્રા-પલ્સ ફ્રીક્વન્સી ડિફરન્સ જનરેટ કરીને ચાર સિંગલ-સાયકલ ટેરાહર્ટ્ઝ પલ્સ બનાવવા માટે થાય છે.

ત્યારબાદ બે ટેરાહર્ટ્ઝ કઠોળ સપ્રમાણતાવાળા હોર્ન સ્ટ્રક્ચર્સ દ્વારા દરેક સ્ટીમ ઉપકરણને પહોંચાડવામાં આવે છે જે ટેરાહર્ટ્ઝ ઊર્જાને ઇલેક્ટ્રોન પ્રચારની દિશામાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રદેશમાં દિશામાન કરે છે.

જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન દરેક સ્ટીમ ઉપકરણમાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે તેઓ વિદ્યુત અને ચુંબકીય ઘટકોના સંપર્કમાં આવે છે લોરેન્ટ્ઝ દળો*.

લોરેન્ટ્ઝ ફોર્સ* - બળ કે જેની સાથે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર ચાર્જ થયેલ કણ પર કાર્ય કરે છે.

આ કિસ્સામાં, વિદ્યુત ક્ષેત્ર પ્રવેગક અને મંદી માટે જવાબદાર છે, અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર બાજુના વિચલનનું કારણ બને છે.

છબી #2

જેમ આપણે તસવીરોમાં જોઈએ છીએ 2 и 2b, દરેક સ્ટીમ ઉપકરણની અંદર, ટેરાહર્ટ્ઝ બીમને વિવિધ જાડાઈના અનેક સ્તરોમાં પાતળા ધાતુની શીટ્સ દ્વારા ટ્રાંસવર્સલી વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જેમાંથી પ્રત્યેક વેવગાઈડ તરીકે કાર્ય કરે છે, કુલ ઊર્જાના ભાગને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રદેશમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. ટેરાહર્ટ્ઝના આગમનના સમયને સંકલન કરવા માટે દરેક સ્તરમાં ડાઇલેક્ટ્રિક પ્લેટો પણ છે મોજું આગળ* ઇલેક્ટ્રોનના આગળના ભાગ સાથે.

વેવફ્રન્ટ* - જે સપાટી પર તરંગ પહોંચી છે.

બંને સ્ટીમ ઉપકરણો વિદ્યુત મોડમાં કાર્ય કરે છે, એટલે કે, વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવા અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ક્ષેત્રની મધ્યમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રને દબાવવા જેવી રીતે.

પ્રથમ ઉપકરણમાં, ઇલેક્ટ્રોન પસાર થવાનો સમય છે શૂન્ય ક્રોસિંગ* ટેરાહર્ટ્ઝ ફીલ્ડ, જ્યાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડના ટાઇમ ગ્રેડિયન્ટને મહત્તમ કરવામાં આવે છે અને સરેરાશ ફીલ્ડ ન્યૂનતમ કરવામાં આવે છે.

ઝીરો ક્રોસિંગ* - એક બિંદુ જ્યાં કોઈ તણાવ નથી.

આ રૂપરેખાંકન ઇલેક્ટ્રોન બીમની પૂંછડીને વેગ આપે છે અને તેના માથાને મંદ કરે છે, પરિણામે બેલિસ્ટિક રેખાંશ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે (2 и 2c).

બીજા ઉપકરણમાં, ઇલેક્ટ્રોન અને ટેરાહર્ટ્ઝ રેડિયેશનનું સિંક્રનાઇઝેશન સેટ કરવામાં આવે છે જેથી ઇલેક્ટ્રોન બીમ ટેરાહર્ટ્ઝ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડના માત્ર નકારાત્મક ચક્રનો અનુભવ કરે. આ રૂપરેખાંકન નેટ સતત પ્રવેગકમાં પરિણમે છે (2b и 2d).

NIR લેસર એ ક્રાયોજેનિકલી કૂલ્ડ Yb:YLF સિસ્ટમ છે જે 1.2 nm ની તરંગલંબાઇ અને 50 Hz ના પુનરાવર્તન દરે 1020 ps સમયગાળાની ઓપ્ટિકલ પલ્સ અને 10 mJ ઊર્જા ઉત્પન્ન કરે છે. અને 0.29 ટેરાહર્ટ્ઝ (3.44 પીએસનો સમયગાળો) ની કેન્દ્રીય આવર્તન સાથેના ટેરાહર્ટ્ઝ કઠોળ વલણવાળા પલ્સ ફ્રન્ટ પદ્ધતિ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.

સ્ટીમ-બંચર (બીમ કોમ્પ્રેસર) ને પાવર કરવા માટે માત્ર 2 x 50 એનજે ટેરાહર્ટ્ઝ ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, અને સ્ટીમ-લિનેક (રેખીય પ્રવેગક) ને 2 x 15 એમજેની જરૂર હતી.

બંને STEAM ઉપકરણોના ઇનલેટ અને આઉટલેટ છિદ્રોનો વ્યાસ 120 માઇક્રોન છે.

બીમ કોમ્પ્રેસરને સમાન ઊંચાઈ (0 mm)ના ત્રણ સ્તરો સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે, જે સમયને નિયંત્રિત કરવા માટે 225 અને 4.41 mm લંબાઈની ફ્યુઝ્ડ સિલિકા પ્લેટ્સ (ϵr = 0.42)થી સજ્જ છે. કોમ્પ્રેસર સ્તરોની સમાન ઊંચાઈ એ હકીકતને પ્રતિબિંબિત કરે છે કે ત્યાં કોઈ પ્રવેગક નથી (2c).

પરંતુ રેખીય પ્રવેગકમાં ઊંચાઈ પહેલેથી જ અલગ છે - 0.225, 0.225 અને 0.250 એમએમ (+ ફ્યુઝ્ડ ક્વાર્ટઝ પ્લેટ્સ 0.42 અને 0.84 એમએમ). સ્તરની ઊંચાઈમાં વધારો પ્રવેગ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોનની ઝડપમાં વધારો સમજાવે છે.

વૈજ્ઞાનિકો નોંધે છે કે સ્તરોની સંખ્યા દરેક બે ઉપકરણોની કાર્યક્ષમતા માટે સીધી જવાબદાર છે. પ્રવેગકના ઊંચા દરો હાંસલ કરવા માટે, ઉદાહરણ તરીકે, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે વધુ સ્તરો અને વિવિધ ઊંચાઈના રૂપરેખાંકનોની જરૂર પડશે.

વ્યવહારુ પ્રયોગોના પરિણામો

પ્રથમ, સંશોધકો યાદ અપાવે છે કે પરંપરાગત રેડિયો ફ્રીક્વન્સી એક્સિલરેટરમાં, એક્સિલરેટેડ બીમના ગુણધર્મો પર એમ્બેડેડ ઇલેક્ટ્રોન બીમની ટેમ્પોરલ હદની અસર બીમની અંદર આવતા વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન અનુભવાયેલા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં ફેરફારને કારણે છે. જુદા જુદા સમયે. આમ, એવી અપેક્ષા રાખી શકાય છે કે ઊંચા ગ્રેડિયન્ટ્સ સાથેના ક્ષેત્રો અને લાંબી અવધિવાળા બીમ મોટા પ્રમાણમાં ઉર્જા ફેલાવવા તરફ દોરી જશે. લાંબા ગાળાના ઇન્જેક્ટેડ બીમ પણ ઊંચા મૂલ્યો તરફ દોરી શકે છે ઉત્સર્જન*.

ઉત્સર્જન* - ચાર્જ થયેલ કણોના પ્રવેગક બીમ દ્વારા કબજે કરાયેલ તબક્કાની જગ્યા.

ટેરાહર્ટ્ઝ એક્સિલરેટરના કિસ્સામાં, ઉત્તેજના ક્ષેત્રનો સમયગાળો લગભગ 200 ગણો ઓછો હોય છે. આથી, તણાવ* સપોર્ટેડ ફીલ્ડ 10 ગણું વધારે હશે.

ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત* - વિદ્યુત ક્ષેત્રનું સૂચક, આ ચાર્જની તીવ્રતા માટે ક્ષેત્રમાં આપેલ બિંદુ પર મૂકવામાં આવેલા સ્થિર બિંદુ ચાર્જ પર લાગુ બળના ગુણોત્તર જેટલું.

આમ, ટેરાહર્ટ્ઝ પ્રવેગકમાં, ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા અનુભવાતા ફીલ્ડ ગ્રેડિયન્ટ્સ પરંપરાગત ઉપકરણ કરતાં વધુ તીવ્રતાના ઘણા ઓર્ડર હોઈ શકે છે. સમય સ્કેલ કે જેના પર ક્ષેત્રની વક્રતા નોંધનીય છે તે નોંધપાત્ર રીતે નાનું હશે. તે આનાથી અનુસરે છે કે રજૂ કરાયેલ ઇલેક્ટ્રોન બીમની અવધિ વધુ સ્પષ્ટ અસર કરશે.

વૈજ્ઞાનિકોએ આ સિદ્ધાંતોને વ્યવહારમાં ચકાસવાનું નક્કી કર્યું. આ કરવા માટે, તેઓએ વિવિધ સમયગાળાના ઇલેક્ટ્રોન બીમ રજૂ કર્યા, જે પ્રથમ સ્ટીમ ઉપકરણ (સ્ટીમ-બંચર) નો ઉપયોગ કરીને કમ્પ્રેશન દ્વારા નિયંત્રિત હતા.

છબી #3

એવા કિસ્સામાં કે જ્યાં કોમ્પ્રેસર પાવર સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલ ન હતું, ∼55 fC (ફેમટોકુલોમ્બ) ના ચાર્જ સાથે ઇલેક્ટ્રોન (1 keV) ના બીમ ઇલેક્ટ્રોન ગનથી રેખીય પ્રવેગક ઉપકરણ (સ્ટીમ-લિનેક) સુધી લગભગ 300 મીમી પસાર થયા. આ ઇલેક્ટ્રોન સ્પેસ ચાર્જ ફોર્સના પ્રભાવ હેઠળ 1000 fs (ફેમટોસેકન્ડ્સ) કરતાં વધુ સમયગાળા સુધી વિસ્તરી શકે છે.

આ સમયગાળામાં, ઇલેક્ટ્રોન બીમ 60 ps ની આવર્તન સાથે પ્રવેગક ક્ષેત્રની અર્ધ-તરંગલંબાઇના લગભગ 1,7% પર કબજો કરે છે, પરિણામે 115 keV પર ટોચ સાથે અને ઉર્જા વિતરણની અડધી-પહોળાઈ સાથે પોસ્ટ-એક્સિલેશન એનર્જી સ્પેક્ટ્રમમાં પરિણમે છે. 60 keV કરતાં વધુ (3).

આ પરિણામોને અપેક્ષિત સાથે સરખાવવા માટે, રેખીય પ્રવેગક દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન પ્રચારની સ્થિતિનું અનુકરણ કરવામાં આવ્યું હતું જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન શ્રેષ્ઠ ઇન્જેક્શન સમય સાથે સમન્વયની બહાર હતા (એટલે ​​​​કે, તેની સાથે સમન્વયની બહાર હતા). આ પરિસ્થિતિની ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જામાં વધારો ઈન્જેક્શનની ક્ષણ પર ખૂબ જ નિર્ભર છે, સબપીકોસેકન્ડ સમય સ્કેલ (3b). એટલે કે, શ્રેષ્ઠ સેટિંગ સાથે, ઇલેક્ટ્રોન દરેક સ્તરમાં ટેરાહર્ટ્ઝ રેડિયેશન પ્રવેગકના સંપૂર્ણ અર્ધ-ચક્રનો અનુભવ કરશે (3c).

જો ઈલેક્ટ્રોન જુદા જુદા સમયે આવે છે, તો તેઓ પ્રથમ સ્તરમાં ઓછા પ્રવેગકનો અનુભવ કરે છે, જે તેમને તેમાંથી મુસાફરી કરવામાં વધુ સમય લે છે. ડિસિંક્રોનાઇઝેશન પછી નીચેના સ્તરોમાં વધે છે, જેના કારણે અનિચ્છનીય મંદી થાય છે (3d).

ઇલેક્ટ્રોન બીમના ટેમ્પોરલ એક્સ્ટેંશનની નકારાત્મક અસરને ઘટાડવા માટે, પ્રથમ સ્ટીમ ઉપકરણ કમ્પ્રેશન મોડમાં સંચાલિત થયું. કોમ્પ્રેસરને પૂરી પાડવામાં આવતી ટેરાહર્ટ્ઝ ઊર્જાને ટ્યુન કરીને અને લિનાકને હેચ મોડમાં સ્વિચ કરીને લિનાક પર ઇલેક્ટ્રોન બીમનો સમયગાળો ઓછામાં ઓછો ~350 fs (અડધી પહોળાઈ) સુધી ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવ્યો હતો.4b).

છબી #4

ન્યૂનતમ બીમ સમયગાળો ફોટોકેથોડ યુવી પલ્સની અવધિ અનુસાર સેટ કરવામાં આવ્યો હતો, જે ~600 fs હતો. કોમ્પ્રેસર અને સ્ટ્રીપ વચ્ચેના અંતરે પણ મહત્વની ભૂમિકા ભજવી હતી, જેણે જાડાઈ બળની ગતિને મર્યાદિત કરી હતી. એકસાથે, આ પગલાં પ્રવેગક તબક્કાના ઇન્જેક્શન તબક્કામાં ફેમટોસેકન્ડ ચોકસાઇને સક્ષમ કરે છે.

છબી પર 4 તે જોઈ શકાય છે કે રેખીય પ્રવેગકમાં ઑપ્ટિમાઇઝ પ્રવેગક પછી સંકુચિત ઇલેક્ટ્રોન બીમનો ઊર્જા ફેલાવો અનકમ્પ્રેસ્ડની સરખામણીમાં ~ 4 ગણો ઘટે છે. પ્રવેગકતાને લીધે, સંકુચિત બીમના ઊર્જા વર્ણપટને અસંકુચિત બીમથી વિપરીત, ઉચ્ચ ઊર્જા તરફ ખસેડવામાં આવે છે. પ્રવેગક પછી ઊર્જા સ્પેક્ટ્રમની ટોચ લગભગ 115 keV છે, અને ઉચ્ચ-ઊર્જા પૂંછડી લગભગ 125 keV સુધી પહોંચે છે.

આ આંકડાઓ, વૈજ્ઞાનિકોના સાધારણ નિવેદન અનુસાર, ટેરાહર્ટ્ઝ રેન્જમાં એક નવો પ્રવેગક રેકોર્ડ છે (પ્રવેગ પહેલાં તે 70 keV હતો).

પરંતુ ઊર્જા વિક્ષેપ ઘટાડવા માટે (4), એક વધુ ટૂંકો બીમ પ્રાપ્ત કરવો આવશ્યક છે.

છબી #5

બિનસંકુચિત પરિચયિત બીમના કિસ્સામાં, વર્તમાન પર બીમના કદની પેરાબોલિક અવલંબન આડી અને ઊભી દિશામાં ટ્રાંસવર્સ ઉત્સર્જન દર્શાવે છે: εx,n = 1.703 mm*mrad અને εy,n = 1.491 mm*mrad (5).

કમ્પ્રેશન, બદલામાં, ટ્રાન્સવર્સ ઉત્સર્જનમાં 6 ગણો સુધારો કરીને εx,n = 0,285 mm*mrad (આડી) અને εy,n = 0,246 mm*mrad (ઊભી).

એ નોંધવું યોગ્ય છે કે ઉત્સર્જન ઘટાડાની ડિગ્રી બીમ અવધિ ઘટાડાની ડિગ્રી કરતા લગભગ બમણી મોટી છે, જે સમય સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ગતિશીલતાની બિનરેખીયતાનું માપ છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન પ્રવેગ દરમિયાન ચુંબકીય ક્ષેત્રના મજબૂત ધ્યાન કેન્દ્રિત અને ડિફોકસિંગનો અનુભવ કરે છે (5b и 5c).

છબી પર 5b તે જોઈ શકાય છે કે શ્રેષ્ઠ સમયે રજૂ કરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રવેગકના સમગ્ર અર્ધ-ચક્રનો અનુભવ કરે છે. પરંતુ શ્રેષ્ઠ સમય પહેલા કે પછી આવતા ઇલેક્ટ્રોન ઓછા પ્રવેગ અને આંશિક મંદીનો અનુભવ કરે છે. આવા ઇલેક્ટ્રોન ઓછા ઊર્જા સાથે સમાપ્ત થાય છે, આશરે કહીએ તો.

જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રના સંપર્કમાં આવે ત્યારે સમાન પરિસ્થિતિ જોવા મળે છે. શ્રેષ્ઠ સમયે ઇન્જેક્ટ કરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન હકારાત્મક અને નકારાત્મક ચુંબકીય ક્ષેત્રોની સપ્રમાણ માત્રામાં અનુભવ કરે છે. જો ઇલેક્ટ્રોનનો પરિચય શ્રેષ્ઠ સમય પહેલાં થયો હોય, તો ત્યાં વધુ હકારાત્મક ક્ષેત્રો અને ઓછા નકારાત્મક ક્ષેત્રો હતા. જો ઇલેક્ટ્રોન શ્રેષ્ઠ સમય કરતાં પાછળથી રજૂ કરવામાં આવે, તો ઓછા હકારાત્મક અને વધુ નકારાત્મક હશે (5c). અને આવા વિચલનો એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે ઇલેક્ટ્રોન અક્ષની તુલનામાં તેની સ્થિતિને આધારે ડાબે, જમણે, ઉપર અથવા નીચે વિચલિત થઈ શકે છે, જે બીમના ફોકસ અથવા ડિફોકસિંગને અનુરૂપ ટ્રાંસવર્સ મોમેન્ટમમાં વધારો તરફ દોરી જાય છે.

અભ્યાસની ઘોંઘાટ સાથે વધુ વિગતવાર પરિચય માટે, હું જોવાની ભલામણ કરું છું વૈજ્ઞાનિકો અહેવાલ આપે છે и વધારાની સામગ્રી તેને.

ઉપસંહાર

સારાંશમાં, જો ઇલેક્ટ્રોન બીમની અવધિ ઘટાડવામાં આવે તો પ્રવેગક કામગીરીમાં વધારો થશે. આ કાર્યમાં, સ્થાપનની ભૂમિતિ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી બીમની અવધિ મર્યાદિત હતી. પરંતુ, સૈદ્ધાંતિક રીતે, બીમની અવધિ 100 fs કરતાં ઓછી સુધી પહોંચી શકે છે.

વૈજ્ઞાનિકો એ પણ નોંધે છે કે સ્તરોની ઊંચાઈ ઘટાડીને અને તેમની સંખ્યા વધારીને બીમની ગુણવત્તામાં વધુ સુધારો કરી શકાય છે. જો કે, આ પદ્ધતિ સમસ્યા વિના નથી, ખાસ કરીને ઉપકરણના ઉત્પાદનની જટિલતામાં વધારો કરે છે.

આ કાર્ય એ રેખીય પ્રવેગકના લઘુચિત્ર સંસ્કરણના વધુ વ્યાપક અને વિગતવાર અભ્યાસનો પ્રારંભિક તબક્કો છે. એ હકીકત હોવા છતાં કે પરીક્ષણ કરેલ સંસ્કરણ પહેલેથી જ ઉત્તમ પરિણામો દર્શાવે છે, જેને યોગ્ય રીતે રેકોર્ડ-બ્રેકિંગ કહી શકાય, હજી ઘણું કામ કરવાનું બાકી છે.

તમારા ધ્યાન બદલ આભાર, ઉત્સુક રહો અને દરેકનું અઠવાડિયું સરસ રહે! 🙂

અમારી સાથે રહેવા બદલ આભાર. શું તમને અમારા લેખો ગમે છે? વધુ રસપ્રદ સામગ્રી જોવા માંગો છો? ઓર્ડર આપીને અથવા મિત્રોને ભલામણ કરીને અમને ટેકો આપો, એન્ટ્રી-લેવલ સર્વર્સના અનન્ય એનાલોગ પર Habr વપરાશકર્તાઓ માટે 30% ડિસ્કાઉન્ટ, જેની શોધ અમારા દ્વારા તમારા માટે કરવામાં આવી હતી: VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps વિશેનું સંપૂર્ણ સત્ય $20 થી અથવા સર્વર કેવી રીતે શેર કરવું? (RAID1 અને RAID10 સાથે ઉપલબ્ધ, 24 કોરો સુધી અને 40GB DDR4 સુધી).

ડેલ R730xd 2 ગણું સસ્તું? માત્ર અહીં 2 x ઇન્ટેલ ટેટ્રાડેકા-કોર Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ટીવી $199 થી નેધરલેન્ડમાં! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 થી! વિશે વાંચો ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર કોર્પોરેશન કેવી રીતે બનાવવું. ડેલ R730xd E5-2650 v4 સર્વર્સના ઉપયોગ સાથેનો વર્ગ એક પેની માટે 9000 યુરોના મૂલ્યના છે?

સોર્સ: www.habr.com