Ua hoʻokumu ʻia ka loina maʻamau o "ʻoi aku ka ikaika" ma nā ʻāpana he nui o ke kaiāulu, me ka ʻepekema a me ka ʻenehana. Eia nō naʻe, i ka ʻoiaʻiʻo o kēia wā, ʻoi aku ka maʻamau o ka hoʻokō pono ʻana o ka ʻōlelo "liʻiliʻi, akā ikaika". Hōʻike ʻia kēia i loko o nā kamepiula, i lawe mua ʻia i kahi lumi holoʻokoʻa, akā i kēia manawa ua kūpono i ka poho o kahi keiki, a i nā mea hoʻolalelale i kau ʻia. ʻAe, e hoʻomanaʻo i ka Large Hadron Collider (LHC), nona nā ʻano kupaianaha (26 m ka lōʻihi) i hōʻike maoli ʻia ma kona inoa? No laila, he mea kēia o ka wā i hala e like me ka poʻe ʻepekema mai DESY, nāna i hoʻomohala i kahi mana liʻiliʻi o ka accelerator, ʻaʻole ia i haʻahaʻa i ka hana ma mua o kāna mea mua. Eia kekahi, ua hoʻonohonoho ka mini accelerator i kahi moʻolelo honua hou ma waena o nā mea hoʻokele terahertz, e pāpālua i ka ikehu o nā electrons i hoʻokomo ʻia. Pehea i hoʻomohala ʻia ai ka miniature accelerator, he aha nā kumu kumu o kāna hana, a he aha nā mea i hōʻike ʻia i nā hoʻokolohua kūpono? Na ka hōʻike o ka hui noiʻi e kōkua iā mākou e ʻike i kēia. Hele.
Kumu noiʻi
Wahi a Dongfang Zhang a me kāna mau hoa hana ma DESY (German Electron Synchrotron), nāna i hoʻomohala i ka mini-accelerator, ʻo nā kumu electron ultrafast he kuleana koʻikoʻi i ke ola o ke kaiāulu hou. ʻIke ʻia ka nui o lākou i ka lāʻau lapaʻau, hoʻomohala uila a me ka noiʻi ʻepekema. ʻO ka pilikia nui loa me nā laina laina o kēia manawa e hoʻohana ana i nā oscillators radio frequency ko lākou kumukūʻai kiʻekiʻe, paʻakikī paʻakikī, a me ka hoʻohana mana mana. A ʻo ia mau hemahema e kaupalena nui i ka loaʻa ʻana o ia mau ʻenehana i kahi ākea o nā mea hoʻohana.
ʻO kēia mau pilikia maopopo he mea hoʻoikaika nui e hoʻomohala i nā mea nona ka nui a me ka hoʻohana ʻana i ka mana ʻaʻole e hoʻoweliweli.
Ma waena o nā mea hou e pili ana i kēia ʻoihana he terahertz accelerators, he nui nā "pono":
- Manaʻo ʻia ʻo nā nalu pōkole a me nā pulu pōkole o ka radiation terahertz e hoʻonui nui i ka paepae nahaha*, ma muli o ke kahua, e hoʻonui ai i nā gradients acceleration;
Hoʻopau uila* - ka piʻi nui ʻana o ka ikaika o kēia manawa ke hoʻohana ʻia ka volta ma luna o ke koʻikoʻi.
- ʻO ka loaʻa ʻana o nā ʻano hana kūpono no ka hoʻomohala ʻana i ka radiation terahertz kiʻekiʻe e hiki ai ke hoʻonohonoho i loko ma waena o nā electrons a me nā māla excitation;
- Hiki ke hoʻohana ʻia nā ʻano hana maʻamau no ka hana ʻana i ia mau mea, akā e hoʻemi nui ʻia ko lākou kumukūʻai, ka manawa hana a me ka nui.
Manaʻo ka poʻe ʻepekema ʻo kā lākou millimeter-scale terahertz accelerator he kuʻikahi ma waena o nā accelerators maʻamau i loaʻa i kēia manawa a me nā micro-accelerators e kūkulu ʻia nei, akā he nui nā hemahema ma muli o ko lākou liʻiliʻi liʻiliʻi.
ʻAʻole hōʻole ka poʻe noiʻi i ka hoʻomohala ʻana o ka ʻenehana acceleration terahertz no kekahi manawa. Eia naʻe, i ko lākou manaʻo, he nui nā ʻano o kēia wahi i aʻo ʻole ʻia, hoʻāʻo ʻia a hoʻokō ʻole ʻia.
I kā lākou hana, a mākou e noʻonoʻo nei i kēia lā, hōʻike nā ʻepekema i nā hiki o STEAM (hoʻokaʻawale ʻo terahertz electron accelerator a me manipulator) - he mea hoʻoheheʻe electron terahertz i hoʻokaʻawale ʻia. Hiki i ka STEAM ke hoʻemi i ka lōʻihi o ke kukuna electron i ka lōʻihi sub-picosecond, a laila hāʻawi i ka mana femtosecond ma luna o ka pae wikiwiki.
Ua hiki ke hoʻokō i kahi kahua wikiwiki o 200 MV/m (MV - megavolt), e alakaʻi ana i kahi mooolelo terahertz wikiwiki o > 70 keV (kiloelectronvolt) mai ka kukuna electron i hoʻokomo ʻia me ka ikehu o 55 keV. Ma kēia ala, loaʻa nā electrons i hoʻonui ʻia a hiki i 125 keV.
ʻO ka hoʻolālā a me ka hoʻokō ʻana i nā hāmeʻa
Kiʻi No.
Kiʻi No. 1-2: a - ke kiʻikuhi o ka hoʻomohala ʻia ʻana o ka 5-layer segmented structure, b - ratio o ka wikiwiki i helu ʻia a me ke kuhikuhi o ka hoʻolaha electron.
Hoʻokumu ʻia nā kukui uila (55 keV) mai pū uila * a hoʻokomo ʻia i loko o ka terahertz STEAM-buncher (beam compressor), a laila hele lākou i loko o ka STEAM-linac (laina holo wikiwiki *).
pū uila * - he mea hana no ka hana ʻana i ke kukui o nā electrons o ka hoʻonohonoho pono a me ka ikehu.
Mea hoʻolele laina laina* - he mea hoʻokēʻai kahi e hele ai nā ʻāpana i hoʻopaʻa ʻia i loko o ka hale hoʻokahi wale nō, e hoʻokaʻawale i ka holo laina laina mai kahi cyclic (no ka laʻana, ka LHC).
Loaʻa nā mea ʻelua STEAM i nā pulu terahertz mai kahi laser kokoke-infrared (NIR) hoʻokahi, kahi e puhi pū ai i ka photocathode o ka pū electron, e hopena i ka hoʻonohonoho kūloko ma waena o nā electrons a me nā kahua wikiwiki. Hoʻokumu ʻia nā puʻupuʻu Ultraviolet no ka photoemission ma ka photocathode ma o ʻelua mau ʻanuʻu GVG* ka lōʻihi nalu kumu o ke kukui infrared kokoke. Hoʻololi kēia kaʻina hana i ka pulse laser 1020 nm i ka 510 nm a laila i 255 nm.
GVG* (optical second harmonic generation) ʻo ia ke kaʻina hana o ka hoʻohui ʻana i nā kiʻi like ʻole i ka wā o ka launa pū ʻana me kahi mea nonlinear, e alakaʻi ana i ka hoʻokumu ʻana i nā kiʻi hou me ka pālua o ka ikehu a me ke alapine, a me ka hapalua o ka lōʻihi o ka nalu.
Hoʻokaʻawale ʻia ke koena o ka kukuna laser NIR i 4 mau kukuna, i hoʻohana ʻia no ka hoʻoulu ʻana i ʻehā mau puʻupuʻu terahertz pākahi hoʻokahi ma ka hana ʻana i nā ʻokoʻa ʻokoʻa intra-pulse frequency.
A laila, hāʻawi ʻia nā pulu terahertz ʻelua i kēlā me kēia mea STEAM ma o nā hana kiwi symmetrical e alakaʻi i ka ikehu terahertz i loko o ka ʻāpana pili i ke ala o ka hoʻolaha electron.
Ke komo nā electrons i kēlā me kēia mea STEAM, ʻike ʻia lākou i nā ʻāpana uila a me ka magnetic Lorentz ikaika*.
Lorentz ikaika* - ka ikaika e hana ai ke kahua electromagnetic ma kahi ʻāpana i kau ʻia.
I kēia hihia, ʻo ke kahua uila ke kuleana no ka wikiwiki a me ka deceleration, a ʻo ke kahua magnetic ke kumu i nā deflection lateral.
Kiʻi #2
E like me kā mākou e ʻike ai ma nā kiʻi 2 и 2b, I loko o kēlā me kēia mea STEAM, ua māhelehele ʻia nā kaola terahertz e nā ʻāpana metala lahilahi i loko o kekahi mau ʻāpana o ka mānoanoa like ʻole, e hana ana kēlā me kēia ma ke ʻano he alakaʻi nalu, e hoʻoili ana i kahi hapa o ka ikehu holoʻokoʻa i ka ʻāpana pili. Aia kekahi mau papa dielectric i kēlā me kēia papa e hoʻonohonoho i ka manawa hōʻea o ka terahertz alo nalu* me ka mua o nā electrons.
alo nalu* - ka ʻili i hiki ai ka nalu.
Hoʻohana ʻia nā mea ʻelua STEAM ma ke ʻano uila, ʻo ia hoʻi, ma ke ʻano e hoʻopili ai i ke kahua uila a hoʻopaʻa i kahi māla magnetic i waenakonu o ka wahi pili.
I ka mīkini mua, ua hoʻopaʻa ʻia nā electrons e hele kea ole* kahua terahertz, kahi e hoʻonui ʻia ai nā gradients manawa o ke kahua uila a hoʻemi ʻia ke kahua maʻamau.
kea ole* - kahi wahi ʻaʻohe pilikia.
ʻO kēia hoʻonohonoho ka mea e wikiwiki ai ka huelo o ka kukuna electron a me kona poʻo e hoʻemi i ka holo, e hopena i ka nānā ʻana i ka ballistic longitudinal (2 и 2c).
Ma ka lua o ka mea hana, ua hoʻonohonoho ʻia ka hoʻonohonoho ʻana o ka radiation electron a me terahertz i ʻike ai ka kukuna electron i kahi pōʻai maikaʻi ʻole o ke kahua uila terahertz. ʻO kēia hoʻonohonoho ka hopena i ka ʻupena hoʻomau wikiwiki (2b и 2d).
ʻO ka laser NIR he ʻōnaehana cryogenically cooled Yb: YLF e hoʻopuka ana i nā pulse optical o 1.2 ps ka lōʻihi a me 50 mJ ikehu ma kahi hawewe o 1020 nm a me ka helu helu o 10 Hz. A ʻo nā puʻupuʻu terahertz me ke alapine waena o 0.29 terahertz (manawa o 3.44 ps) e hana ʻia e ke ʻano inclined pulse front.
No ka hoʻohana ʻana i ka STEAM-buncher (beam compressor) he 2 x 50 nJ wale nō o ka ikehu terahertz i hoʻohana ʻia, a ʻo ka STEAM-linac (linac) makemake i 2 x 15 mJ.
ʻO ke anawaena o nā puka komo a me nā puka puka o nā mea ʻelua STEAM he 120 microns.
Hoʻolālā ʻia ka compressor beam me ʻekolu papa o ke kiʻekiʻe like (0 mm), i hoʻolako ʻia me nā pā silica fused (ϵr = 225) o ka lōʻihi 4.41 a me 0.42 mm e hoʻomalu i ka manawa. Hōʻike nā kiʻekiʻe like o nā papa compressor i ka ʻoiaʻiʻo ʻaʻohe wikiwiki (2c).
Akā i loko o ka linear accelerator ua ʻokoʻa nā kiʻekiʻe - 0.225, 0.225 a me 0.250 mm (+ fused quartz plates 0.42 a me 0.84 mm). ʻO ka hoʻonui ʻana i ke kiʻekiʻe o ka papa e wehewehe i ka piʻi ʻana o ka wikiwiki o nā electrons i ka wā o ka wikiwiki.
Hoʻomaopopo ka poʻe ʻepekema ʻo ka helu o nā papa ke kuleana kūpono no ka hana o kēlā me kēia o nā mea ʻelua. ʻO ka loaʻa ʻana o nā helu kiʻekiʻe o ka wikiwiki, no ka laʻana, e koi i nā papa a me nā hoʻonohonoho kiʻekiʻe ʻē aʻe e hoʻomaikaʻi i ka pilina.
Nā hopena o nā hoʻokolohua kūpono
ʻO ka mea mua, hoʻomanaʻo nā mea noiʻi i nā mea hoʻokele lekiō kuʻuna, ʻo ka hopena o ka nui o ke kino o ka beam electron i hoʻokomo ʻia i nā waiwai o ka beam accelerated ma muli o ka hoʻololi ʻana o ke kahua uila i ʻike ʻia i ka wā o ka launa ʻana o nā electron ʻokoʻa i loko o ka beam e hiki mai ana. i nā manawa like ʻole. No laila, hiki ke manaʻo ʻia ʻo nā māla me nā gradient kiʻekiʻe a me nā kaola me nā lōʻihi lōʻihi e alakaʻi i kahi pālahalaha nui aʻe. Hiki i nā kaola i hoʻopaʻa ʻia no ka lōʻihi ke alakaʻi i nā waiwai kiʻekiʻe emittances*.
Emittance* — ka hakahaka o ka manawa i nohoia e kekahi kaola hookiekie o na mea i kauia.
I ka hihia o kahi mea hoʻokele terahertz, ʻoi aku ka pōkole o ka manawa o ke kahua hauʻoli ma kahi o 200 mau manawa. No laila, haʻalulu * ʻo ke kahua kākoʻo e 10 mau manawa kiʻekiʻe.
Ka ikaika o ke kahua uila* - he hōʻailona o ke kahua uila, e like me ka ratio o ka ikaika i hoʻohana ʻia i kahi hoʻopiʻi kikoʻī i kau ʻia ma kahi kiko i hāʻawi ʻia i ke kahua i ka nui o kēia uku.
No laila, i loko o ka terahertz accelerator, hiki ke ʻoi aku ke kiʻekiʻe o nā gradients kahua i ʻike ʻia e nā electrons ma mua o kahi mea hana maʻamau. ʻOi aku ka liʻiliʻi o ka manawa e ʻike ʻia ai ka curvature kahua. Ma muli o kēia e ʻoi aku ka hopena o ka lōʻihi o ke kukuna electron i hoʻokomo ʻia.
Ua hoʻoholo ka poʻe ʻepekema e hoʻāʻo i kēia mau manaʻo i ka hana. No ka hana ʻana i kēia, ua hoʻokomo lākou i nā kukuna electron o nā lōʻihi like ʻole, i hoʻomalu ʻia e ke kaomi ʻana me ka hoʻohana ʻana i ka mea STEAM mua (STEAM-buncher).
Kiʻi #3
Inā ʻaʻole i hoʻopili ʻia ka compressor i kahi kumu mana, ua hala nā kukuna o nā electrons (55 keV) me ka uku o ~1 fC (femtocoulomb) ma kahi o 300 mm mai ka pū electron i ka mea hoʻokele laina laina (STEAM-linac). Hiki i kēia mau electrons ke hoʻonui ma lalo o ka mana o nā pūʻali hoʻoili lewa a hiki i ka lōʻihi o 1000 fs (femtoseconds).
I kēia lōʻihi, ua noho ka uila uila ma kahi o 60% o ka hapalua o ka lōʻihi o ka hawewe wikiwiki ma ke alapine o 1,7 ps, ka hopena i kahi kikoʻī o ka ikehu post-acceleration me kahi kiʻekiʻe ma 115 keV a me ka hapalua ākea o ka puʻunaue ikehu. ʻoi aku ma mua o 60 keV (3).
No ka hoʻohālikelike ʻana i kēia mau hopena me nā mea i manaʻo ʻia, ua hoʻohālikelike ʻia ke kūlana o ka hoʻolaha ʻana o ka electron ma o ka linear accelerator i ka wā i hele ʻole ai nā electrons me (ʻo ia hoʻi. Ua hōʻike ʻia ka helu ʻana o kēia kūlana i ka piʻi ʻana o ka ikehu electron i hilinaʻi nui ʻia i ka manawa o ka injection, a hiki i kahi subpicosecond time scale (3b). ʻO ia hoʻi, me kahi hoʻonohonoho maikaʻi loa, e ʻike ka electron i ka hapalua holoʻokoʻa o ka wikiwiki o ka radiation terahertz i kēlā me kēia papa (3c).
Inā hiki mai nā electrons i nā manawa like ʻole, ʻike lākou i ka liʻiliʻi o ka wikiwiki i ka papa mua, kahi e lōʻihi ai ka hele ʻana ma laila. Hoʻonui ka desynchronization i nā papa e hiki mai ana, e hoʻolohi i ka makemake ʻole (3d).
I mea e hōʻemi ai i ka hopena maikaʻi ʻole o ka hoʻolōʻihi manawa o ka kukuna electron, ua hoʻohana ʻia ka mea STEAM mua ma ke ʻano hoʻoemi. Ua hoʻonui ʻia ka lōʻihi o ka beam electron ma ka linac i ka liʻiliʻi o ~350 fs (hapalua laula) ma o ka hoʻopaʻa ʻana i ka ikehu terahertz i hāʻawi ʻia i ka compressor a hoʻololi i ka linac i ke ʻano hatch (4b).
Kiʻi #4
Hoʻonohonoho ʻia ka lōʻihi o ka beam e like me ka lōʻihi o ka photocathode UV pulse, ʻo ia ka ~ 600 fs. ʻO ka mamao ma waena o ka compressor a me ka strip kekahi mea koʻikoʻi, i kaupalena ʻia ka wikiwiki o ka ikaika mānoanoa. Hoʻohui pū ʻia kēia mau ana e hiki ai i ka femtosecond precision i ka manawa injection o ka pae wikiwiki.
Ma ke kiʻi 4 hiki ke ʻike ʻia ka hoʻolaha ʻana o ka ikehu o ka kukuna electron i hoʻopaʻa ʻia ma hope o ka hoʻonui ʻia ʻana o ka wikiwiki i loko o ka accelerator linear e hoʻemi ʻia e ~ 4 mau manawa i hoʻohālikelike ʻia me ka mea i hoʻopaʻa ʻole ʻia. Ma muli o ka wikiwiki, ua hoʻoneʻe ʻia ka spectrum ikehu o ka lāʻau i hoʻopaʻa ʻia i nā ʻenehana kiʻekiʻe, ʻokoʻa me ka lāʻau i hoʻopaʻa ʻole ʻia. ʻO ke kiʻekiʻe o ka spectrum ikehu ma hope o ka holo wikiwiki ʻana ma kahi o 115 keV, a ʻo ka huelo kiʻekiʻe e hiki i ka 125 keV.
ʻO kēia mau helu, e like me ka ʻōlelo haʻahaʻa a nā ʻepekema, he moʻolelo wikiwiki hou (ma mua o ka wikiwiki ʻana he 70 keV) ma ka pae terahertz.
Akā, i mea e hōʻemi ai i ka hoʻopuehu ikehu (4), pono e hoʻokō ʻia kahi kukui ʻoi aku ka pōkole.
Kiʻi #5
I ka hihia o kahi lāʻau i hoʻokomo ʻole ʻia, ʻo ka hilinaʻi parabolic o ka nui o ka beam i kēia manawa e hōʻike i ka transverse emittance ma nā ʻaoʻao ākea a me ke kūpaʻa: εx,n = 1.703 mm*mrad a me εy,n = 1.491 mm*mrad (5).
ʻO ka hoʻoemi ʻana, ʻo ia hoʻi, hoʻomaikaʻi i ka emittance transverse e 6 mau manawa i εx,n = 0,285 mm*mrad (horizontal) a me εy,n = 0,246 mm*mrad (vertical).
Pono e ʻike ʻia ʻo ka nui o ka emi ʻana o ka emittance he ʻelua ʻoi aku ka nui ma mua o ke degere o ka hoʻemi ʻana o ka beam, ʻo ia ke ana o ka nonlinearity o ka dynamics launa pū me ka manawa e ʻike ai nā electrons i ka manaʻo ikaika a me ka defocusing o ke kahua magnetic i ka wā o ka wikiwiki.5b и 5c).
Ma ke kiʻi 5b Hiki ke ʻike ʻia nā electrons i hoʻokomo ʻia i ka manawa maikaʻi loa e ʻike i ka hapalua holoʻokoʻa o ka wikiwiki o ke kahua uila. Akā ʻo nā electron i hiki mai ma mua a ma hope paha o ka manawa kūpono e ʻike i ka emi ʻana o ka wikiwiki a me ka deceleration hapa. Hoʻopau kēlā mau electrons me ka liʻiliʻi o ka ikehu, ma ka ʻōlelo ʻana.
ʻIke ʻia kahi kūlana like ke ʻike ʻia i kahi kahua magnetic. ʻO nā electron i hoʻokomo ʻia i ka manawa kūpono loa e ʻike i ka nui symmetrical o nā māla magnetic maikaʻi a maikaʻi ʻole. Inā hoʻomaka ka hoʻokomo ʻana o nā electrons ma mua o ka manawa kūpono, a laila ʻoi aku ka nui o nā māla maikaʻi a me nā mea ʻino. Inā hoʻokomo ʻia nā electrons ma hope o ka manawa maikaʻi loa, e liʻiliʻi ka maikaʻi a ʻoi aku ka maikaʻi (5c). A o ia mau deviations alakai i ka mea hiki ke electron deviate i ka hema, akau, luna a i lalo, e pili ana i kona kulana pili i ke axis, e alakai i ka hoonui i ka transverse momentum e pili ana i ka nānā 'ana a defocusing o ke kaola.
No ka ʻike kikoʻī hou aku me nā nuances o ke aʻo ʻana, manaʻo wau e nānā и iāia.
Epilogue
I ka hōʻuluʻulu ʻana, e hoʻonui ʻia ka hana accelerator inā e hoʻemi ʻia ka lōʻihi o ka beam electron. Ma kēia hana, ua kaupalena ʻia ka lōʻihi o ka beam hiki ke hoʻokō ʻia e ka geometry o ke kau ʻana. Akā, ma ke kumumanaʻo, hiki ke piʻi ka lōʻihi o ka beam ma lalo o 100 fs.
Hoʻomaopopo pū ka poʻe ʻepekema e hiki ke hoʻomaikaʻi hou ʻia ka maikaʻi o ka beam ma ka hoʻemi ʻana i ke kiʻekiʻe o nā papa a hoʻonui i kā lākou helu. Eia nō naʻe, ʻaʻole pilikia kēia ala, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka paʻakikī o ka hana ʻana i ka hāmeʻa.
ʻO kēia hana ka pae mua o kahi noiʻi ʻoi aku ka nui a me ka kikoʻī o kahi ʻano liʻiliʻi o kahi accelerator linear. ʻOiai ke hōʻike nei ka mana i hoʻāʻo ʻia i nā hopena maikaʻi loa, hiki ke kapa ʻia ʻo ka haʻihaʻi moʻolelo, he nui nā hana e hana ai.
Mahalo iā ʻoe no kou nānā ʻana, noho ʻimi a hauʻoli maikaʻi i kēlā me kēia pule! 🙂
Mahalo no kou noho pū ʻana me mākou. Makemake ʻoe i kā mākou ʻatikala? Makemake ʻoe e ʻike i nā mea hoihoi hou aʻe? E kākoʻo iā mākou ma ke kau ʻana i kahi kauoha a i ʻole ka ʻōlelo ʻana i nā hoaaloha, 30% ho'ēmi no nā mea hoʻohana Habr ma kahi kūʻokoʻa kūʻokoʻa o nā kikowaena helu komo, i hana ʻia e mākou no ʻoe: (loaʻa me RAID1 a me RAID10, a hiki i 24 cores a hiki i 40GB DDR4).
ʻO Dell R730xd 2 mau manawa maʻalahi? Eia wale nō ma Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mai $99! Heluhelu e pili ana
Source: www.habr.com