ຂະໜາດນ້ອຍແຕ່ກ້າຫານ: ເຄື່ອງເລັ່ງອະນຸພາກເສັ້ນນ້ອຍໆທີ່ສ້າງສະຖິຕິໃໝ່

ຫຼັກການທີ່ຄຸ້ນເຄີຍຂອງ "ຫຼາຍແມ່ນມີອໍານາດຫຼາຍ" ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນມາດົນນານໃນຫຼາຍພາກສ່ວນຂອງສັງຄົມ, ລວມທັງວິທະຍາສາດແລະເຕັກໂນໂລຢີ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຄວາມເປັນຈິງທີ່ທັນສະໄຫມ, ການປະຕິບັດຕົວຈິງຂອງຄໍາເວົ້າທີ່ວ່າ "ນ້ອຍ, ແຕ່ມີອໍານາດ" ແມ່ນກາຍເປັນເລື່ອງທົ່ວໄປຫຼາຍຂຶ້ນ. ນີ້ສະແດງອອກທັງໃນຄອມພິວເຕີ, ເຊິ່ງໃນເມື່ອກ່ອນໄດ້ເອົາເຖິງຫ້ອງທັງຫມົດ, ແຕ່ໃນປັດຈຸບັນເຫມາະຢູ່ໃນມືຂອງເດັກນ້ອຍ, ແລະໃນເຄື່ອງເລັ່ງອະນຸພາກຄິດຄ່າທໍານຽມ. ແມ່ນແລ້ວ, ຈື່ຈໍາຂະຫນາດໃຫຍ່ Hadron Collider (LHC), ເຊິ່ງມີຂະຫນາດທີ່ຫນ້າປະທັບໃຈ (ຄວາມຍາວ 26 m) ຖືກລະບຸໄວ້ໃນຊື່ຂອງມັນບໍ? ດັ່ງນັ້ນ, ນີ້ແມ່ນສິ່ງທີ່ຜ່ານມາແລ້ວ, ອີງຕາມນັກວິທະຍາສາດຈາກ DESY, ຜູ້ທີ່ໄດ້ພັດທະນາເຄື່ອງເລັ່ງຄວາມໄວຂະຫນາດນ້ອຍ, ເຊິ່ງບໍ່ຕໍ່າກວ່າໃນການປະຕິບັດກັບລຸ້ນກ່ອນຂະຫນາດເຕັມຂອງມັນ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເຄື່ອງເລັ່ງນ້ອຍຍັງສ້າງສະຖິຕິໂລກໃຫມ່ໃນບັນດາເຄື່ອງເລັ່ງ terahertz, ເຮັດໃຫ້ພະລັງງານຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຝັງຕົວເປັນສອງເທົ່າ. ເຄື່ອງເລັ່ງຂະໜາດນ້ອຍຖືກພັດທະນາແນວໃດ, ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງການປະຕິບັດງານຂອງມັນແມ່ນຫຍັງ, ແລະສິ່ງທີ່ມີການທົດລອງຕົວຈິງສະແດງໃຫ້ເຫັນ? ບົດລາຍງານຂອງກຸ່ມຄົ້ນຄ້ວາຈະຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາຊອກຫາເລື່ອງນີ້. ໄປ.

ພື້ນຖານການຄົ້ນຄວ້າ

ອີງຕາມການ Dongfang Zhang ແລະເພື່ອນຮ່ວມງານຂອງລາວຢູ່ DESY (ເຢຍລະມັນ Electron Synchrotron), ຜູ້ທີ່ພັດທະນາເຄື່ອງເລັ່ງ mini, ແຫຼ່ງເອເລັກໂຕຣນິກ ultrafast ມີບົດບາດສໍາຄັນຢ່າງບໍ່ຫນ້າເຊື່ອໃນຊີວິດຂອງສັງຄົມທີ່ທັນສະໄຫມ. ຈໍານວນຫຼາຍຂອງພວກເຂົາປາກົດຢູ່ໃນຢາປົວພະຍາດ, ການພັດທະນາເອເລັກໂຕຣນິກແລະການຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດ. ບັນຫາໃຫຍ່ທີ່ສຸດກັບເຄື່ອງເລັ່ງເສັ້ນປະຈຸບັນໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງສັ່ນສະເທືອນຄວາມຖີ່ວິທະຍຸແມ່ນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ, ໂຄງສ້າງພື້ນຖານທີ່ສັບສົນ, ແລະການບໍລິໂພກພະລັງງານທີ່ຫນ້າປະທັບໃຈ. ແລະຂໍ້ບົກຜ່ອງດັ່ງກ່າວຈໍາກັດການມີເຕັກໂນໂລຢີດັ່ງກ່າວຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຜູ້ໃຊ້ທີ່ກວ້າງຂວາງ.

ບັນຫາທີ່ຊັດເຈນເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນເປັນແຮງຈູງໃຈທີ່ດີທີ່ຈະພັດທະນາອຸປະກອນທີ່ຂະຫນາດແລະການບໍລິໂພກພະລັງງານຈະບໍ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຢ້ານ.

ໃນບັນດາສິ່ງໃຫມ່ໆທີ່ກ່ຽວຂ້ອງໃນອຸດສາຫະກໍານີ້ແມ່ນເຄື່ອງເລັ່ງ terahertz, ເຊິ່ງມີຈໍານວນ "ຜົນປະໂຫຍດ":

• ຄາດວ່າຄື້ນສັ້ນ ແລະກຳມະຈອນສັ້ນຂອງລັງສີ terahertz ຈະຊ່ວຍເພີ່ມຂີດໝາຍໄດ້. ການ​ແບ່ງ​ປັນ *, ທີ່ເກີດຈາກພາກສະຫນາມ, ເຊິ່ງຈະເພີ່ມ gradients ເລັ່ງ;

ລະ​ບົບ​ໄຟ​ຟ້າ * - ການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມແຮງໃນປະຈຸບັນເມື່ອມີແຮງດັນສູງກວ່າທີ່ສໍາຄັນແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້.

• ການປະກົດຕົວຂອງວິທີການທີ່ມີປະສິດທິພາບສໍາລັບການສ້າງລັງສີ terahertz ພາກສະຫນາມສູງອະນຸຍາດໃຫ້ synchronization ພາຍໃນລະຫວ່າງເອເລັກໂຕຣນິກແລະພາກສະຫນາມ excitation;
• ວິທີການຄລາສສິກສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງອຸປະກອນດັ່ງກ່າວ, ແຕ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ເວລາການຜະລິດແລະຂະຫນາດຂອງພວກມັນຈະຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ນັກວິທະຍາສາດເຊື່ອວ່າເຄື່ອງເລັ່ງ terahertz ຂະຫນາດມີລີແມັດຂອງພວກມັນແມ່ນການປະນີປະນອມລະຫວ່າງເຄື່ອງເລັ່ງຄວາມໄວແບບດັ້ງເດີມທີ່ມີຢູ່ໃນປະຈຸບັນແລະເຄື່ອງເລັ່ງຈຸນລະພາກທີ່ກໍາລັງພັດທະນາ, ແຕ່ມີຂໍ້ເສຍຫຼາຍຍ້ອນຂະຫນາດຂອງມັນຫນ້ອຍຫຼາຍ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າບໍ່ໄດ້ປະຕິເສດວ່າເທກໂນໂລຍີການເລັ່ງ terahertz ໄດ້ຢູ່ໃນການພັດທະນາສໍາລັບບາງເວລາ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ໃນຄວາມຄິດເຫັນຂອງພວກເຂົາ, ຍັງມີຫຼາຍດ້ານໃນຂົງເຂດນີ້ທີ່ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ສຶກສາ, ທົດສອບຫຼືປະຕິບັດ.

ໃນວຽກງານຂອງພວກເຂົາ, ທີ່ພວກເຮົາກໍາລັງພິຈາລະນາໃນມື້ນີ້, ນັກວິທະຍາສາດສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມສາມາດຂອງ STEAM (segmented terahertz electron accelerator ແລະ manipulator). STEAM ອະນຸຍາດໃຫ້ຄວາມຍາວຂອງລໍາແສງເອເລັກໂຕຣນິກຖືກຫຼຸດລົງເປັນໄລຍະເວລາຍ່ອຍ picosecond, ດັ່ງນັ້ນການສະຫນອງການຄວບຄຸມ femtosecond ໃນໄລຍະການເລັ່ງ.

ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະບັນລຸພາກສະຫນາມຄວາມເລັ່ງຂອງ 200 MV / m (MV - megavolt), ເຊິ່ງນໍາໄປສູ່ການບັນທຶກການເລັ່ງ terahertz ຂອງ > 70 keV (ກິໂລເອເລັກໂຕຣນິກ) ຈາກ beam ເອເລັກໂຕຣນິກຝັງທີ່ມີພະລັງງານຂອງ 55 keV. ດ້ວຍວິທີນີ້, ເອເລັກໂຕຣນິກເລັ່ງໄດ້ເຖິງ 125 keV.

ໂຄງສ້າງອຸປະກອນແລະການຈັດຕັ້ງປະຕິບັດ

ຮູບພາບທີ 1: ແຜນວາດຂອງອຸປະກອນທີ່ກຳລັງສຶກສາຢູ່.

ຮູບພາບເລກທີ 1-2: a - ແຜນວາດຂອງໂຄງສ້າງ 5-layer segmented ພັດທະນາ, b - ອັດຕາສ່ວນຂອງການເລັ່ງການຄິດໄລ່ແລະທິດທາງຂອງການຂະຫຍາຍພັນເອເລັກໂຕຣນິກ.

beams ເອເລັກໂຕຣນິກ (55 keV) ແມ່ນຜະລິດຈາກ ປືນ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ * ແລະຖືກນໍາສະເຫນີເຂົ້າໄປໃນ terahertz STEAM-buncher (beam compressor), ຫຼັງຈາກນັ້ນພວກເຂົາຜ່ານເຂົ້າໄປໃນ STEAM-linac (ຕົວເລັ່ງເສັ້ນ *).

ປືນ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ * — ອຸ​ປະ​ກອນ​ສໍາ​ລັບ​ການ​ຜະ​ລິດ beam ຂອງ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ຂອງ​ການ​ຕັ້ງ​ຄ່າ​ທີ່​ຕ້ອງ​ການ​ແລະ​ພະ​ລັງ​ງານ​.

Linear accelerator * - ເຄື່ອງເລັ່ງທີ່ອະນຸພາກທີ່ຖືກຄິດຄ່າຜ່ານໂຄງສ້າງພຽງແຕ່ຄັ້ງດຽວ, ເຊິ່ງຈໍາແນກເຄື່ອງເລັ່ງເສັ້ນຈາກວົງຈອນ (ຕົວຢ່າງ, LHC).

ອຸປະກອນ STEAM ທັງສອງໄດ້ຮັບ terahertz pulses ຈາກເລເຊີທີ່ຢູ່ໃກ້ກັບອິນຟາເລດ (NIR) ດຽວ, ເຊິ່ງຍັງຍິງ photocathode ຂອງປືນເອເລັກໂຕຣນິກ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ synchronization ພາຍໃນລະຫວ່າງເອເລັກໂຕຣນິກແລະພາກສະຫນາມເລັ່ງ. ກໍາມະຈອນ ultraviolet ສໍາລັບການ photoemission ຢູ່ photocathode ແມ່ນຜະລິດໂດຍຜ່ານສອງໄລຍະຕິດຕໍ່ກັນ GVG* ຄວາມຍາວຂອງຄື້ນພື້ນຖານຂອງແສງໃກ້ອິນຟາເຣດ. ຂະບວນການນີ້ຈະປ່ຽນກໍາມະຈອນເລເຊີ 1020 nm ທໍາອິດເປັນ 510 nm ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນເປັນ 255 nm.

GVG* (optical second harmonic generation) ແມ່ນຂະບວນການຂອງການລວມ photons ຂອງຄວາມຖີ່ດຽວກັນໃນລະຫວ່າງການປະຕິສໍາພັນກັບວັດສະດຸທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນ, ເຊິ່ງນໍາໄປສູ່ການສ້າງຕັ້ງຂອງ photons ໃຫມ່ທີ່ມີສອງເທົ່າພະລັງງານແລະຄວາມຖີ່, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງ wavelength.

ສ່ວນທີ່ຍັງເຫຼືອຂອງເລເຊີ NIR ຖືກແບ່ງອອກເປັນ 4 beams, ເຊິ່ງຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງສີ່ວົງຈອນ terahertz pulses ວົງຈອນດຽວໂດຍການສ້າງຄວາມແຕກຕ່າງຄວາມຖີ່ຂອງ intra-pulse.

ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ສອງ terahertz pulses ຖືກສົ່ງໄປຫາແຕ່ລະອຸປະກອນ STEAM ຜ່ານໂຄງສ້າງ horn symmetrical ທີ່ຊີ້ນໍາພະລັງງານ terahertz ເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນການໂຕ້ຕອບໃນທົ່ວທິດທາງຂອງການຂະຫຍາຍພັນເອເລັກໂຕຣນິກ.

ໃນເວລາທີ່ເອເລັກໂຕຣນິກເຂົ້າໄປໃນອຸປະກອນ STEAM ແຕ່ລະຄົນ, ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບອົງປະກອບໄຟຟ້າແລະແມ່ເຫຼັກ ກໍາ​ລັງ Lorentz *.

ກຳ​ລັງ Lorentz * - ແຮງທີ່ສະໜາມແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າເຮັດໜ້າທີ່ຕໍ່ອະນຸພາກທີ່ມີຄ່າ.

ໃນກໍລະນີນີ້, ພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແມ່ນຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການເລັ່ງແລະ deceleration, ແລະພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກເຮັດໃຫ້ເກີດ deflections ຂ້າງ.

ຮູບພາບ #2

ດັ່ງທີ່ພວກເຮົາເຫັນຢູ່ໃນຮູບພາບຕ່າງໆ 2 и 2b, ພາຍໃນອຸປະກອນ STEAM ແຕ່ລະຄົນ, beams terahertz ໄດ້ຖືກແບ່ງອອກທາງຂວາງໂດຍແຜ່ນໂລຫະບາງໆເຂົ້າໄປໃນຫຼາຍຊັ້ນຂອງຄວາມຫນາທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແຕ່ລະຄົນເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນ waveguide, ການໂອນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງພະລັງງານທັງຫມົດໄປສູ່ພາກພື້ນການໂຕ້ຕອບ. ນອກນັ້ນຍັງມີແຜ່ນ dielectric ໃນແຕ່ລະຊັ້ນເພື່ອປະສານງານເວລາມາຮອດຂອງ terahertz ຄື້ນ​ດ້ານ​ຫນ້າ * ກັບດ້ານຫນ້າຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ.

ໜ້າຄື້ນ* - ພື້ນຜິວທີ່ຄື້ນໄດ້ບັນລຸໄດ້.

ທັງສອງອຸປະກອນ STEAM ດໍາເນີນການໃນຮູບແບບໄຟຟ້າ, ນັ້ນແມ່ນ, ໃນວິທີການບັງຄັບພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແລະສະກັດກັ້ນພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກຢູ່ໃນໃຈກາງຂອງພື້ນທີ່ປະຕິສໍາພັນ.

ໃນອຸປະກອນທໍາອິດ, ເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນກໍານົດເວລາທີ່ຈະຜ່ານ ຂ້າມສູນ* ພາກສະຫນາມ terahertz, ບ່ອນທີ່ gradients ທີ່ໃຊ້ເວລາຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແມ່ນ maximized ແລະພາກສະຫນາມສະເລ່ຍແມ່ນຫນ້ອຍ.

ຂ້າມສູນ* - ຈຸດທີ່ບໍ່ມີຄວາມກົດດັນ.

ການ​ຕັ້ງ​ຄ່າ​ນີ້​ເຮັດ​ໃຫ້​ຫາງ​ຂອງ beam ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ທີ່​ຈະ​ເລັ່ງ​ແລະ​ຫົວ​ຂອງ​ມັນ​ຊ້າ​ລົງ​, ຜົນ​ໃຫ້​ເກີດ​ການ​ສຸມ ballistic ຕາມ​ລວງ​ຍາວ (2 и 2).

ໃນອຸປະກອນທີສອງ, ການ synchronization ຂອງ electron ແລະ radiation terahertz ໄດ້ຖືກຕັ້ງໄວ້ເພື່ອໃຫ້ beam ເອເລັກໂຕຣນິກປະສົບການພຽງແຕ່ວົງຈອນລົບຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ terahertz. ການຕັ້ງຄ່ານີ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີການເລັ່ງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງສຸດທິ (2b и 2d).

ເລເຊີ NIR ຄ້າຍກັບລະບົບ Yb:YLF ທີ່ເຮັດຄວາມເຢັນດ້ວຍລະບົບ cryogenically, ເຊິ່ງຜະລິດ optical pulses ໄລຍະເວລາ 1.2 ps ແລະພະລັງງານ 50 mJ ທີ່ຄວາມຍາວຄື່ນ 1020 nm ແລະອັດຕາການຄ້າງຫ້ອງຂອງ 10 Hz. ແລະ terahertz pulses ທີ່ມີຄວາມຖີ່ສູນກາງຂອງ 0.29 terahertz (ໄລຍະເວລາຂອງ 3.44 ps) ແມ່ນຜະລິດໂດຍວິທີການທາງຫນ້າຂອງກໍາມະຈອນ inclined.

ເພື່ອໃຫ້ພະລັງງານ STEAM-buncher (beam compressor) ພຽງແຕ່ 2 x 50 nJ ຂອງພະລັງງານ terahertz ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້, ແລະ STEAM-linac (linear accelerator) ຕ້ອງການ 2 x 15 mJ.

ເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງຮູ inlet ແລະ outlet ຂອງທັງສອງອຸປະກອນ STEAM ແມ່ນ 120 microns.

ເຄື່ອງອັດ beam ຖືກອອກແບບດ້ວຍສາມຊັ້ນທີ່ມີຄວາມສູງເທົ່າທຽມກັນ (0 ມມ), ເຊິ່ງຕິດຕັ້ງດ້ວຍແຜ່ນຊິລິກາຟິວ (ϵr = 225) ຄວາມຍາວ 4.41 ແລະ 0.42 ມມເພື່ອຄວບຄຸມເວລາ. ຄວາມສູງເທົ່າກັນຂອງຊັ້ນອັດສະລິຍະສະທ້ອນເຖິງຄວາມຈິງທີ່ວ່າບໍ່ມີການເລັ່ງ (2).

ແຕ່ໃນຕົວເລັ່ງເສັ້ນ, ຄວາມສູງແມ່ນແຕກຕ່າງກັນແລ້ວ - 0.225, 0.225 ແລະ 0.250 mm (+ ແຜ່ນ quartz fused 0.42 ແລະ 0.84 mm). ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມສູງຂອງຊັ້ນອະທິບາຍເຖິງການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມໄວຂອງເອເລັກໂຕຣນິກໃນລະຫວ່າງການເລັ່ງ.

ນັກວິທະຍາສາດສັງເກດເຫັນວ່າຈໍານວນຂອງຊັ້ນແມ່ນຮັບຜິດຊອບໂດຍກົງຕໍ່ການເຮັດວຽກຂອງແຕ່ລະອຸປະກອນທັງສອງ. ການບັນລຸອັດຕາການເລັ່ງທີ່ສູງຂຶ້ນ, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, ຕ້ອງການຊັ້ນເພີ່ມເຕີມແລະການຕັ້ງຄ່າຄວາມສູງທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບການໂຕ້ຕອບ.

ຜົນຂອງການທົດລອງພາກປະຕິບັດ

ຫນ້າທໍາອິດ, ນັກຄົ້ນຄວ້າເຕືອນວ່າໃນເຄື່ອງເລັ່ງຄວາມຖີ່ວິທະຍຸພື້ນເມືອງ, ຜົນກະທົບຂອງຂອບເຂດຊົ່ວຄາວຂອງ beam ເອເລັກໂຕຣນິກຝັງຢູ່ໃນຄຸນສົມບັດຂອງ beam ເລັ່ງແມ່ນຍ້ອນການປ່ຽນແປງໃນພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ມີປະສົບການໃນລະຫວ່າງການປະຕິສໍາພັນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ແຕກຕ່າງກັນພາຍໃນ beam ມາຮອດ. ໃນ​ເວ​ລາ​ທີ່​ແຕກ​ຕ່າງ​ກັນ​. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນສາມາດຄາດຫວັງໄດ້ວ່າທົ່ງນາທີ່ມີ gradients ສູງກວ່າແລະ beams ທີ່ມີໄລຍະເວລາຍາວກວ່າຈະນໍາໄປສູ່ການແຜ່ກະຈາຍພະລັງງານຂະຫນາດໃຫຍ່. ການສີດ beams ຂອງໄລຍະເວລາຍາວຍັງສາມາດນໍາໄປສູ່ມູນຄ່າທີ່ສູງຂຶ້ນ ການປ່ອຍອາຍພິດ*.

ການ​ປ່ອຍ * — ໄລຍະພື້ນທີ່ຄອບຄອງໂດຍ beam ເລັ່ງຂອງອະນຸພາກຄິດຄ່າທໍານຽມ.

ໃນກໍລະນີຂອງເຄື່ອງເລັ່ງ terahertz, ໄລຍະເວລາຂອງພາກສະຫນາມຕື່ນເຕັ້ນແມ່ນສັ້ນກວ່າປະມານ 200 ເທື່ອ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມ​ເຄັ່ງ​ຕຶງ * ພາກສະຫນາມທີ່ສະຫນັບສະຫນູນຈະສູງກວ່າ 10 ເທົ່າ.

ຄວາມ​ເຂັ້ມ​ແຂງ​ຂອງ​ພາກ​ສະ​ຫນາມ​ໄຟ​ຟ້າ * - ຕົວຊີ້ບອກຂອງສະຫນາມໄຟຟ້າ, ເທົ່າກັບອັດຕາສ່ວນຂອງຜົນບັງຄັບໃຊ້ກັບຄ່າບໍລິການຈຸດ stationary ທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນຈຸດໃດຫນຶ່ງໃນພາກສະຫນາມກັບຂະຫນາດຂອງຄ່ານີ້.

ດັ່ງນັ້ນ, ໃນເຄື່ອງເລັ່ງ terahertz, gradients ພາກສະຫນາມທີ່ມີປະສົບການໂດຍເອເລັກໂຕຣນິກສາມາດເປັນຄໍາສັ່ງຫຼາຍຂະຫນາດທີ່ສູງກວ່າໃນອຸປະກອນທໍາມະດາ. ຂະໜາດເວລາທີ່ຄວາມໂຄ້ງຂອງສະໜາມແມ່ນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນຈະນ້ອຍລົງຫຼາຍ. ມັນປະຕິບັດຕາມຈາກນີ້ວ່າໄລຍະເວລາຂອງ beam ເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ນໍາສະເຫນີຈະມີຜົນກະທົບທີ່ຊັດເຈນກວ່າ.

ນັກວິທະຍາສາດຕັດສິນໃຈທົດສອບທິດສະດີເຫຼົ່ານີ້ໃນການປະຕິບັດ. ເພື່ອເຮັດສິ່ງນີ້, ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ນໍາສະເຫນີ beams ເອເລັກໂຕຣນິກຂອງໄລຍະເວລາທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊິ່ງຖືກຄວບຄຸມໂດຍການບີບອັດໂດຍໃຊ້ອຸປະກອນ STEAM ທໍາອິດ (STEAM-buncher).

ຮູບພາບ #3

ໃນກໍລະນີທີ່ເຄື່ອງອັດບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບແຫຼ່ງພະລັງງານ, beams ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ (55 keV) ທີ່ມີຄ່າຂອງ ∼1 fC (femtocoulomb) ຜ່ານປະມານ 300 mm ຈາກປືນເອເລັກໂຕຣນິກໄປຫາອຸປະກອນເລັ່ງເສັ້ນ (STEAM-linac). ອິເລັກໂທຣນິກເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຂະຫຍາຍອອກພາຍໃຕ້ອິດທິພົນຂອງກໍາລັງສາກອາວະກາດໄດ້ເຖິງໄລຍະເວລາຫຼາຍກວ່າ 1000 fs (femtoseconds).

ໃນໄລຍະເວລານີ້, beam ເອເລັກໂຕຣນິກຄອບຄອງປະມານ 60% ຂອງເຄິ່ງຄື້ນຂອງພາກສະຫນາມເລັ່ງຄວາມຖີ່ຂອງ 1,7 ps, ສົ່ງຜົນໃຫ້ພະລັງງານ post-acceleration spectrum ທີ່ມີຈຸດສູງສຸດຢູ່ທີ່ 115 keV ແລະຄວາມກວ້າງເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງການກະຈາຍພະລັງງານ. ຫຼາຍກ່ວາ 60 keV (3).

ເພື່ອປຽບທຽບຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ກັບສິ່ງທີ່ຄາດຫວັງ, ສະຖານະການຂອງການຂະຫຍາຍພັນຂອງເອເລັກໂຕຣນິກໂດຍຜ່ານເຄື່ອງເລັ່ງເສັ້ນໄດ້ຖືກຈໍາລອງໃນເວລາທີ່ເອເລັກໂຕຣນິກບໍ່ສອດຄ່ອງ (i. e. , ອອກຈາກ sync ກັບ) ເວລາສີດທີ່ເຫມາະສົມ. ການຄິດໄລ່ສະຖານະການນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການເພີ່ມຂື້ນຂອງພະລັງງານຂອງເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນຂຶ້ນກັບຊ່ວງເວລາຂອງການສີດ, ຫຼຸດລົງເຖິງຂະຫນາດເວລາ subpicosecond (3b). ນັ້ນແມ່ນ, ດ້ວຍການຕັ້ງຄ່າທີ່ດີທີ່ສຸດ, ເອເລັກໂຕຣນິກຈະປະສົບກັບການເລັ່ງຂອງລັງສີ terahertz ເຄິ່ງຮອບເຕັມໃນແຕ່ລະຊັ້ນ (3).

ຖ້າເອເລັກໂຕຣນິກມາຮອດເວລາທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ພວກມັນມີປະສົບການຄວາມເລັ່ງຫນ້ອຍລົງໃນຊັ້ນທໍາອິດ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາໃຊ້ເວລາດົນກວ່າທີ່ຈະເດີນທາງຜ່ານມັນ. desynchronization ຫຼັງຈາກນັ້ນເພີ່ມຂຶ້ນໃນຊັ້ນດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການຊ້າລົງທີ່ບໍ່ຕ້ອງການ (3d).

ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບທາງລົບຂອງການຂະຫຍາຍຊົ່ວຄາວຂອງ beam ເອເລັກໂຕຣນິກ, ອຸປະກອນ STEAM ທໍາອິດດໍາເນີນການໃນຮູບແບບການບີບອັດ. ໄລ​ຍະ​ເວ​ລາ​ຂອງ​ລໍາ​ລຽງ​ເອ​ເລັກ​ໂຕຣ​ນິກ​ຢູ່​ໃນ linac ໄດ້​ຖືກ​ປັບ​ໃຫ້​ເປັນ​ຕໍາ​່​ສຸດ​ທີ່​ຂອງ ~350 fs (ເຄິ່ງ​ຄວາມ​ກວ້າງ​) ໂດຍ​ການ​ປັບ​ພະ​ລັງ​ງານ terahertz ທີ່​ສະ​ຫນອງ​ໃຫ້​ກັບ​ຄອມ​ພິວ​ເຕີ​ແລະ​ການ​ປ່ຽນ linac ກັບ​ຮູບ​ແບບ hatch (4b).

ຮູບພາບ #4

ໄລຍະເວລາ beam ຕໍາ່ສຸດທີ່ຖືກກໍານົດໃຫ້ສອດຄ່ອງກັບໄລຍະເວລາຂອງ photocathode UV pulse, ເຊິ່ງແມ່ນ ~ 600 fs. ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງເຄື່ອງອັດແລະແຖບຍັງມີບົດບາດສໍາຄັນ, ເຊິ່ງຈໍາກັດຄວາມໄວຂອງຜົນບັງຄັບໃຊ້ຫນາແຫນ້ນ. ຮ່ວມກັນ, ມາດຕະການເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ຄວາມແມ່ນຍໍາ femtosecond ໃນໄລຍະການສັກຢາຂອງໄລຍະເລັ່ງ.

ກ່ຽວກັບຮູບພາບ 4 ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າການແຜ່ກະຈາຍພະລັງງານຂອງ beam ເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຖືກບີບອັດຫຼັງຈາກການເລັ່ງການເພີ່ມປະສິດທິພາບໃນເຄື່ອງເລັ່ງ linear ຫຼຸດລົງ ~ 4 ເທົ່າເມື່ອທຽບໃສ່ກັບ uncompressed. ເນື່ອງຈາກການເລັ່ງ, spectrum ພະລັງງານຂອງ beam ທີ່ຖືກບີບອັດແມ່ນປ່ຽນໄປສູ່ພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ, ກົງກັນຂ້າມກັບ beam ທີ່ບໍ່ໄດ້ບີບອັດ. ສູງສຸດຂອງສະເປກຂອງພະລັງງານຫຼັງຈາກການເລັ່ງແມ່ນປະມານ 115 keV, ແລະຫາງທີ່ມີພະລັງງານສູງເຖິງປະມານ 125 keV.

ຕົວເລກເຫຼົ່ານີ້, ອີງຕາມຄໍາຖະແຫຼງທີ່ເລັກນ້ອຍຂອງນັກວິທະຍາສາດ, ແມ່ນບັນທຶກການເລັ່ງໃຫມ່ (ກ່ອນການເລັ່ງມັນແມ່ນ 70 keV) ໃນລະດັບ terahertz.

ແຕ່ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການກະຈາຍພະລັງງານ (4), beam ເຖິງແມ່ນວ່າສັ້ນກວ່າຕ້ອງໄດ້ຮັບການບັນລຸໄດ້.

ຮູບພາບ #5

ໃນ​ກໍ​ລະ​ນີ​ຂອງ beam ນໍາ​ສະ​ເຫນີ​ທີ່​ບໍ່​ໄດ້​ຖືກ​ບີບ​ອັດ​, ການ​ເອື່ອຍ​ອີງ parabolic ຂອງ​ຂະ​ຫນາດ beam ໃນ​ປະ​ຈຸ​ບັນ​ເປີດ​ເຜີຍ​ໃຫ້​ເຫັນ transverse emittance ໃນ​ທິດ​ທາງ​ນອນ​ແລະ​ແນວ​ຕັ້ງ​: εx​, n = 1.703 mm* mrad ແລະ εy​, n = 1.491 mm* mrad (5).

ການບີບອັດ, ໃນທາງກັບກັນ, ປັບປຸງການປ່ອຍອາຍພິດທາງຂວາງ 6 ເທົ່າເປັນ εx,n = 0,285 mm*mrad (ແນວນອນ) ແລະ εy,n = 0,246 mm*mrad (ຕັ້ງ).

ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ສັງເກດວ່າລະດັບການຫຼຸດຜ່ອນການປ່ອຍອາຍພິດແມ່ນປະມານສອງເທົ່າຂອງລະດັບການຫຼຸດຜ່ອນໄລຍະເວລາ beam, ເຊິ່ງເປັນຕົວວັດແທກຂອງ nonlinearity ຂອງປະຕິສໍາພັນກັບເວລາທີ່ເອເລັກໂຕຣນິກມີປະສົບການສຸມໃສ່ທີ່ເຂັ້ມແຂງແລະ defocusing ຂອງພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກໃນລະຫວ່າງການເລັ່ງ (.5b и 5).

ກ່ຽວກັບຮູບພາບ 5b ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າອີເລັກໂທຣນິກທີ່ນໍາມາໃຊ້ໃນເວລາທີ່ດີທີ່ສຸດປະສົບກັບເຄິ່ງຮອບວຽນຂອງການເລັ່ງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ. ແຕ່ເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມາຮອດກ່ອນ ຫຼືຫຼັງເວລາທີ່ດີທີ່ສຸດຈະປະສົບກັບຄວາມເລັ່ງໜ້ອຍລົງ ແລະແມ່ນແຕ່ການຫຼຸດບາງສ່ວນ. ເອເລັກໂຕຣນິກດັ່ງກ່າວສິ້ນສຸດລົງໄດ້ຮັບພະລັງງານຫນ້ອຍ, ເວົ້າປະມານ.

ສະຖານະການທີ່ຄ້າຍຄືກັນແມ່ນສັງເກດເຫັນເມື່ອສໍາຜັດກັບສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ. ອິເລັກໂທຣນິກທີ່ສີດໃສ່ໃນເວລາທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດປະສົບການປະລິມານສະສົມຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກທາງບວກ ແລະທາງລົບ. ຖ້າການນໍາອິເລັກໂທຣນິກເກີດຂຶ້ນກ່ອນເວລາທີ່ເຫມາະສົມ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມີພາກສະຫນາມໃນທາງບວກຫຼາຍແລະຫນ້ອຍລົງ. ຖ້າເອເລັກໂຕຣນິກຖືກນໍາມາຊ້າກວ່າເວລາທີ່ເຫມາະສົມ, ຈະມີຫນ້ອຍໃນທາງບວກແລະລົບຫຼາຍ (5). ແລະ deviations ດັ່ງກ່າວນໍາໄປສູ່ຄວາມຈິງທີ່ວ່າເອເລັກໂຕຣນິກສາມາດ deviate ໄປຊ້າຍ, ຂວາ, ຂຶ້ນຫຼືລົງ, ຂຶ້ນກັບຕໍາແຫນ່ງຂອງຕົນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບແກນ, ຊຶ່ງນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນໃນ momentum transverse ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບການສຸມໃສ່ຫຼື defocusing ຂອງ beam ໄດ້.

ສໍາລັບການຮູ້ຈັກລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມກັບ nuances ຂອງການສຶກສາ, ຂ້າພະເຈົ້າແນະນໍາໃຫ້ເບິ່ງ ນັກວິທະຍາສາດລາຍງານ и ວັດສະດຸເພີ່ມເຕີມ ກັບເຂົາ.

Epilogue

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງເລັ່ງຈະເພີ່ມຂຶ້ນຖ້າຫາກວ່າໄລຍະເວລາຂອງ beam ເອເລັກໂຕຣນິກຫຼຸດລົງ. ໃນການເຮັດວຽກນີ້, ໄລຍະເວລາຂອງ beam ສາມາດບັນລຸໄດ້ຖືກຈໍາກັດໂດຍເລຂາຄະນິດຂອງການຕິດຕັ້ງ. ແຕ່, ໃນທາງທິດສະດີ, ໄລຍະເວລາຂອງ beam ສາມາດບັນລຸຫນ້ອຍກວ່າ 100 fs.

ນັກວິທະຍາສາດຍັງສັງເກດວ່າຄຸນນະພາບຂອງ beam ສາມາດປັບປຸງຕື່ມອີກໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສູງຂອງຊັ້ນແລະເພີ່ມຈໍານວນຂອງພວກເຂົາ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ວິທີການນີ້ບໍ່ແມ່ນບໍ່ມີບັນຫາ, ໂດຍສະເພາະການເພີ່ມຄວາມສັບສົນຂອງການຜະລິດອຸປະກອນ.

ວຽກງານນີ້ແມ່ນຂັ້ນຕອນເບື້ອງຕົ້ນຂອງການສຶກສາທີ່ກວ້າງຂວາງ ແລະລະອຽດກວ່າຂອງເຄື່ອງເລັ່ງເສັ້ນຂະໜາດນ້ອຍ. ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຈິງທີ່ວ່າສະບັບທີ່ທົດສອບໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຜົນໄດ້ຮັບທີ່ດີເລີດ, ເຊິ່ງສາມາດເອີ້ນວ່າການທໍາລາຍສະຖິຕິ, ຍັງມີຫຼາຍວຽກທີ່ຕ້ອງເຮັດ.

ຂໍ​ຂອບ​ໃຈ​ທ່ານ​ສໍາ​ລັບ​ຄວາມ​ສົນ​ໃຈ​ຂອງ​ທ່ານ​, ຢູ່ curious ແລະ​ມີ​ອາ​ທິດ​ທີ່​ຍິ່ງ​ໃຫຍ່​ທຸກ​ຄົນ​! 🙂

ຂອບໃຈສໍາລັບການຢູ່ກັບພວກເຮົາ. ເຈົ້າມັກບົດຄວາມຂອງພວກເຮົາບໍ? ຕ້ອງການເບິ່ງເນື້ອຫາທີ່ຫນ້າສົນໃຈຫຼາຍບໍ? ສະຫນັບສະຫນູນພວກເຮົາໂດຍການວາງຄໍາສັ່ງຫຼືແນະນໍາໃຫ້ຫມູ່ເພື່ອນ, ສ່ວນຫຼຸດ 30% ສໍາລັບຜູ້ໃຊ້ Habr ໃນການປຽບທຽບທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງເຊີບເວີລະດັບເຂົ້າ, ເຊິ່ງຖືກປະດິດໂດຍພວກເຮົາສໍາລັບທ່ານ: ຄວາມຈິງທັງໝົດກ່ຽວກັບ VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps ຈາກ $20 ຫຼືວິທີການແບ່ງປັນເຄື່ອງແມ່ຂ່າຍ? (ສາມາດໃຊ້ໄດ້ກັບ RAID1 ແລະ RAID10, ສູງສຸດ 24 cores ແລະສູງສຸດ 40GB DDR4).

Dell R730xd ລາຄາຖືກກວ່າ 2 ເທົ່າ? ທີ່ນີ້ເທົ່ານັ້ນ 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV ຈາກ $199 ໃນປະເທດເນເທີແລນ! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ຈາກ $99! ອ່ານກ່ຽວກັບ ວິທີການສ້າງໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງບໍລິສັດ. ຫ້ອງຮຽນທີ່ມີການນໍາໃຊ້ເຄື່ອງແມ່ຂ່າຍຂອງ Dell R730xd E5-2650 v4 ມູນຄ່າ 9000 ເອີໂຣສໍາລັບເງິນບໍ?

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: www.habr.com