Ny fitsipika mahazatra momba ny "bebe kokoa no mahery kokoa" dia efa niorina hatry ny ela tamin'ny sehatra maro amin'ny fiaraha-monina, anisan'izany ny siansa sy ny teknolojia. Na izany aza, amin'ny zava-misy ankehitriny, ny fampiharana azo ampiharina amin'ny teny hoe "kely, nefa mahery" dia miha-mitombo hatrany. Izany dia miseho ao amin'ny solosaina, izay teo aloha naka efitra iray manontolo, fa ankehitriny dia mifanaraka amin'ny felatanan'ny zaza iray, ary amin'ny accelerators singa voampanga. Eny, tsarovy ny Large Hadron Collider (LHC), ny habeny mahavariana (26 659 m ny halavany) dia voalaza ara-bakiteny amin'ny anarany? Noho izany, efa zavatra taloha izany araka ny filazan'ny mpahay siansa avy amin'ny DESY, izay namolavola dikan-teny kely amin'ny accelerator, izay tsy latsa-danja amin'ny fampisehoana raha oharina amin'ny teo alohany. Ankoatr'izay, ny mini accelerator dia nametraka firaketana eran-tany vaovao teo amin'ireo accelerators terahertz, izay mampitombo avo roa heny ny herin'ny elektrôna tafiditra. Ahoana no namolavolana ny accelerator kely, inona avy ireo fitsipika fototra amin’ny fampandehanana azy, ary inona no nasehon’ny fanandramana azo ampiharina? Ny tatitry ny vondrona mpikaroka dia hanampy antsika hahafantatra izany. Mandehana.
Fototry ny fianarana
Araka ny voalazan'i Dongfang Zhang sy ireo mpiara-miasa aminy ao amin'ny DESY (German Electron Synchrotron), izay namolavola ny mini-accelerator, dia manana anjara toerana lehibe tokoa eo amin'ny fiainan'ny fiaraha-monina maoderina ny loharanon'ny elektronika ultrafast. Maro amin'izy ireo no miseho amin'ny fitsaboana, ny fampandrosoana elektronika ary ny fikarohana siantifika. Ny olana lehibe indrindra amin'ny accelerators linear amin'izao fotoana izao mampiasa oscillator onjam-peo dia ny vidiny lafo, fotodrafitrasa sarotra ary ny fanjifana herinaratra mahavariana. Ary ny lesoka toy izany dia mametra ny fisian'ny teknolojia toy izany ho an'ny mpampiasa maro kokoa.
Ireo olana miharihary ireo dia famporisihana lehibe hamolavola fitaovana izay tsy hiteraka horohoro ny habeny sy ny fanjifana herinaratra.
Anisan'ireo zava-baovao mifandraika amin'ity indostria ity ny accelerators terahertz, izay manana "tombony" maromaro:
- Antenaina fa hampitombo be ny tokonam-baravarana ny onjam-peo fohy sy ny fiposahan'ny taratra terahertz fohy mitanondrika*, vokatry ny saha, izay hampitombo ny gradients haingana;
Fahasimban'ny herinaratra* - fiakarana mahery vaika amin'ny tanjaky ny ankehitriny rehefa misy voltase mihoatra ny tsikera no ampiharina.
- ny fisian'ny fomba mahomby amin'ny famokarana taratra terahertz avo lenta dia mamela ny fampifanarahana anatiny eo amin'ny elektrôna sy ny sahan'ny excitation;
- Ny fomba mahazatra dia azo ampiasaina amin'ny famoronana fitaovana toy izany, fa ny vidiny, ny fotoana famokarana ary ny habeny dia hihena be.
Mino ny mpahay siansa fa ny acceleratore terahertz millimeter-n'izy ireo dia marimaritra iraisana eo amin'ny accelerators mahazatra izay misy amin'izao fotoana izao sy ny micro-accelerators izay novolavolaina, saingy manana fatiantoka maro noho ny habeny kely dia kely.
Tsy mandà ny mpikaroka fa efa elaela no nivoatra ny teknolojia acceleration terahertz. Na izany aza, araka ny hevitr'izy ireo, dia mbola maro ny lafin-javatra amin'ity sehatra ity izay tsy mbola nodinihina, nasedra na nampiharina.
Ao amin'ny asany, izay hodinihintsika anio, ny mpahay siansa dia mampiseho ny fahaizan'ny STEAM (accelerator electron terahertz segmented sy manipulator) - accelerator elektrôna terahertz voazarazara sy manipulateur. Ny STEAM dia mamela ny halavan'ny taratra elektrônika hahena ho amin'ny faharetan'ny sub-picosecond, ka manome fifehezana femtosecond amin'ny dingana acceleration.
Azo atao ny nahatratra 200 MV/m (MV - megavolt), izay mitondra mankany amin'ny firaketana terahertz haingana > 70 keV (kiloelectronvolt) avy amin'ny taratra elektronika mipetaka amin'ny angovo 55 keV. Tamin'izany fomba izany dia nahazo elektronika haingana hatramin'ny 125 keV.
Firafitry ny fitaovana sy fampiharana
Sary No. 1: sarin'ny fitaovana ianarana.
Sary No. 1-2: a - diagram ny rafitra 5-sosona novolavolaina segmented, b - tahan'ny hafainganam-pandeha kajy sy ny fitarihana ny fampielezana elektronika.
Ny taratra elektronika (55 keV) dia avy amin'ny basy elektronika * ary ampidirina ao amin'ny terahertz STEAM-buncher (mpanery beam), ary avy eo dia miditra ao amin'ny STEAM-linac (linear accelerator*).
basy elektronika* - fitaovana hamokarana taratra elektrônika amin'ny rafitra sy angovo ilaina.
Linear accelerator* - accelerator izay misy poti-javatra misy voaisy tombo-kase mandalo ao amin'ny rafitra indray mandeha ihany, izay manavaka ny accelerator linear amin'ny cyclic (ohatra, ny LHC).
Ireo fitaovana STEAM roa ireo dia mahazo pulso terahertz avy amin'ny laser akaiky-infraroda (NIR) tokana, izay mandrehitra ny photocathode an'ny basy elektrôna ihany koa, ka miteraka fampifanarahana anatiny eo amin'ny elektrôna sy ny saha manafaingana. Ny fiposahan'ny taratra ultraviolet ho an'ny famoahana sary ao amin'ny photocathode dia avoaka amin'ny dingana roa mifandimby GVG* halavan'ny onjam-n'ny hazavana akaiky infrarouge. Ity dingana ity dia mamadika ny pulse laser 1020 nm voalohany ho 510 nm ary avy eo amin'ny 255 nm.
GVG* (taranaka harmonic faharoa optika) dia ny dingan'ny fampifangaroana ny foton'ny mitovy matetika mandritra ny fifampiraharahana amin'ny akora tsy mitongilana, izay mitarika amin'ny fiforonan'ny fotona vaovao manana angovo avo roa heny sy matetika, ary koa ny antsasaky ny halavan'ny onjam-peo.
Ny ambiny amin'ny taratra laser NIR dia mizara ho taratra 4, izay ampiasaina hamokarana pulses terahertz efatra amin'ny tsingerina tokana amin'ny alàlan'ny famokarana tsy fitovian'ny fatran'ny intra-pulse.
Avy eo dia alefa any amin'ny fitaovana STEAM tsirairay ireo pulses terahertz roa amin'ny alàlan'ny rafitra tandroka symmetrika izay mitarika ny angovo terahertz mankany amin'ny faritra misy fifandraisana manerana ny lalan'ny fampielezana elektronika.
Rehefa miditra amin'ny fitaovana STEAM tsirairay ny elektrôna, dia iharan'ny singa elektrika sy magnetika izy ireo hery Lorentz*.
Lorentz force* - ny hery iasan'ny sahan'aratra elektrômagnetika amin'ny poti-javatra misy entana.
Amin'ity tranga ity, ny sahan'ny herinaratra dia tompon'andraikitra amin'ny fanafainganana sy ny fihenam-bidy, ary ny sahan'andriamby dia miteraka fiviliana lateral.
Sary #2
Araka ny hitantsika amin'ny sary 2a и 2b, Ao anatin'ny fitaovana STEAM tsirairay, ny taratra terahertz dia zaraina miampita amin'ny alàlan'ny takelaka metaly manify amin'ny sosona maromaro amin'ny hateviny samihafa, ny tsirairay amin'izy ireo dia miasa toy ny mpitari-dalana, mamindra ny ampahany amin'ny angovo manontolo mankany amin'ny faritra misy fifandraisana. Misy takelaka dielectric ihany koa isaky ny sosona mba handrindra ny fotoana hahatongavan'ny terahertz onja anoloana* miaraka amin'ny anoloan'ny elektronika.
Wavefront* - ny velaran-tany efa tratran'ny onja.
Ireo fitaovana STEAM roa ireo dia miasa amin'ny fomba elektrika, izany hoe, amin'ny fomba mametraka sahan'aratra elektrika ary manafoana ny sahan'andriamby eo afovoan'ny faritra misy fifandraisana.
Ao amin'ny fitaovana voalohany, ny elektronika dia voalahatra handalo zero crossing* terahertz, izay ampitomboina ny gradients fotoana amin'ny sehatry ny herinaratra ary ahena ny saha antonony.
Zero crossing* - toerana tsy misy fihenjanana.
Io fanamafisam-peo io dia mahatonga ny rambon'ny taratra elektrônika hanafaingana sy hihena ny lohany, ka miteraka fifantohana amin'ny ballistic longitudinal (2a и 2c).
Ao amin'ny fitaovana faharoa, ny fampifanarahana ny taratra elektrôna sy terahertz dia napetraka ka ny taratra elektrôna dia miaina tsingerina ratsy amin'ny saha elektrika terahertz. Ity fanitsiana ity dia miteraka fanafainganana tsy tapaka (2b и 2d).
Ny laser NIR dia mitovy amin'ny rafitra Yb: YLF mangatsiatsiaka amin'ny cryogenically, izay mamokatra pulses optika amin'ny faharetan'ny 1.2 ps sy angovo 50 mJ amin'ny halavan'ny onjam-peo 1020 nm ary ny tahan'ny famerimberenana 10 Hz. Ary ny pulses terahertz miaraka amin'ny fatran'ny afovoany 0.29 terahertz (fe-potoana 3.44 ps) dia novokarin'ny fomba fiantsonan'ny pulse.
Mba hanamafisana ny STEAM-buncher (mpanendri-pandrefesana beam) dia 2 x 50 nJ ny angovo terahertz ihany no nampiasaina, ary ny STEAM-linac (accelerator linear) dia nitaky 2 x 15 mJ.
120 microns ny savaivony ny lavaka fidirana sy fivoahana amin'ireo fitaovana STEAM roa ireo.
Ny compressor beam dia natao tamin'ny sosona telo mitovy haavony (0 mm), izay fitaovana amin'ny fused silica takelaka (ϵr = 225) ny halavany 4.41 sy 0.42 mm mba hifehy ny fotoana. Ny haavo mitovy amin'ny sosona compressor dia maneho ny tsy fisian'ny fanafainganana (2c).
Fa amin'ny linear accelerator efa samy hafa ny haavony - 0.225, 0.225 sy 0.250 mm (+ fused quartz takelaka 0.42 sy 0.84 mm). Ny fitomboan'ny haavon'ny sosona dia manazava ny fitomboan'ny hafainganam-pandehan'ny elektrôna mandritra ny fanafainganana.
Ny mpahay siansa dia manamarika fa ny isan'ny sosona dia tompon'andraikitra mivantana amin'ny fiasan'ny tsirairay amin'ireo fitaovana roa ireo. Ny fanatratrarana ny tahan'ny fanafainganana ambony kokoa, ohatra, dia mitaky sosona maro kokoa sy fanamafisam-peo samihafa mba hanatsarana ny fifandraisana.
Vokatry ny andrana azo ampiharina
Voalohany, mampahatsiahy ny mpikaroka fa amin'ny accelerators onjam-peo nentim-paharazana, ny fiantraikan'ny elanelana ara-nofo amin'ny taratra elektronika mipetaka amin'ny fananan'ny taratra haingam-pandeha dia noho ny fiovan'ny saha elektrika niainana nandritra ny fifaneraserana amin'ny elektronika samihafa ao anatin'ny taratra tonga. amin'ny fotoana samihafa. Noho izany, azo antenaina fa ny saha misy gradient avo kokoa sy taratra maharitra kokoa dia hitarika amin'ny fiparitahan'ny angovo lehibe kokoa. Ny taratra voatsindrona maharitra maharitra dia mety hitarika ho amin'ny sanda avo kokoa entana *.
Emittance* - habaka fizaram-potoana ipetrahan'ny taratra manafaingana ny poti-javatra misy entana.
Raha ny accelerator terahertz, ny vanim-potoan'ny saha fientanentanana dia eo amin'ny 200 heny eo ho eo. Noho izany, fihenjanana* ny saha tohanana dia ho avo 10 heny.
Herin'ny saha elektrika* - famantarana ny sahan-jiro, mitovy amin'ny tahan'ny hery mihatra amin'ny fiampangana tsy mijanona napetraka eo amin'ny teboka iray ao amin'ny saha amin'ny halehiben'io fiampangana io.
Noho izany, amin'ny accelerator terahertz, ny gradients an-tsaha iainan'ny elektrôna dia mety ho ambony kokoa noho ny amin'ny fitaovana mahazatra. Ny haavon'ny fotoana ahitana ny curvature ny saha dia ho kely kokoa. Avy amin'izany dia hisy fiantraikany mazava kokoa ny faharetan'ny taratra elektronika nampidirina.
Nanapa-kevitra ny hanandrana ireo teoria ireo amin'ny fampiharana ireo mpahay siansa. Mba hanaovana izany, dia nampiditra taratra elektronika amin'ny faharetana samihafa izy ireo, izay fehezin'ny fanerena mampiasa ny fitaovana STEAM voalohany (STEAM-buncher).
Sary #3
Raha toa ka tsy mifandray amin'ny loharanon-jiro ny compressor, dia nandalo teo amin'ny 55 mm avy amin'ny basy elektronika mankany amin'ny fitaovana accelerator linear (STEAM-linac) ny taratra elektronika (1 keV) miaraka amin'ny fiampangana ∼300 fC (femtocoulomb). Ireo elektrôna ireo dia mety hivelatra eo ambanin'ny herin'ny tanjaky ny habaka mankany amin'ny maharitra mihoatra ny 1000 fs (femtoseconds).
Tamin'io fotoana io, ny taratra elektronika dia nibodo ny 60% amin'ny antsasaky ny halavan'ny onjam-pandrefesana amin'ny 1,7 ps matetika, ka miteraka spektrum angovo post-acceleration miaraka amin'ny tampony amin'ny 115 keV ary ny antsasaky ny sakan'ny fizarana angovo. mihoatra ny 60 keV (3a).
Mba hampitahana ireo vokatra ireo amin'ny zavatra antenaina, ny toe-javatra amin'ny fampielezam-peo elektronika amin'ny alàlan'ny accelerator tsipika dia novolavolaina rehefa tsy mifanaraka amin'ny (izany hoe tsy mifanaraka amin'ny) ny fotoana tsindrona tsara indrindra ny elektronika. Ny kajikajy amin'ity toe-javatra ity dia nampiseho fa ny fitomboan'ny angovo elektronika dia tena miankina amin'ny fotoana itsindrona, midina amin'ny mari-potoana subpicosecond (3b). Izany hoe, miaraka amin'ny toe-javatra tsara indrindra, ny elektrôna dia hiaina ny antsasaky ny tsingerin'ny taratra taratra terahertz isaky ny sosona (3c).
Raha tonga amin'ny fotoana samy hafa ny elektrôna, dia tsy dia misy hafainganam-pandeha firy izy ireo ao amin'ny sosona voalohany, izay mahatonga azy ireo haharitra ela kokoa amin'ny diany. Ny desynchronization avy eo dia mitombo ao amin'ny sosona manaraka, ka miteraka fihemorana tsy ilaina (3d).
Mba hanamaivanana ny fiantraikany ratsy amin'ny fanitarana ara-potoana ny taratra elektronika, ny fitaovana STEAM voalohany dia niasa tamin'ny fomba fanerena. Ny faharetan'ny taratra elektrônika ao amin'ny linac dia nohatsaraina hatramin'ny ~350 fs (antsasaky ny sakany) farafahakeliny amin'ny alàlan'ny fandrindrana ny angovo terahertz omena amin'ny compressor sy ny famadihana ny linac amin'ny fomba fametahana (4b).
Sary #4
Ny faharetan'ny taratra ambany indrindra dia napetraka mifanaraka amin'ny faharetan'ny pulse UV photocathode, izay ~ 600 fs. Ny elanelana misy eo amin'ny compressor sy ny strip dia nitana anjara toerana lehibe ihany koa, izay nametra ny hafainganam-pandehan'ny hery thickening. Miaraka, ireo fepetra ireo dia ahafahan'ny femtosecond mazava tsara amin'ny dingan'ny tsindrona amin'ny dingana fanafainganana.
Ao amin'ny sary 4a hita fa ny fiparitahan'ny angovo avy amin'ny taratra elektronika voaporitra aorian'ny fanafainganana tsara indrindra amin'ny accelerator tsipika dia mihena ~ in-4 raha ampitahaina amin'ny tsy voapotsitra. Noho ny fanafainganana dia afindra mankany amin'ny angovo ambony kokoa ny spektrum angovon'ny taratra voaporitra, mifanohitra amin'ny taratra tsy voatsindry. Ny tampon'ny spektrum angovo aorian'ny fanafainganana dia manodidina ny 115 keV, ary ny rambony avo lenta dia mahatratra 125 keV.
Ireo tarehimarika ireo, araka ny filazan'ny mpahay siansa, dia firaketana haingam-pandeha vaovao (talohan'ny fanafainganana dia 70 keV) ao amin'ny faritra terahertz.
Fa mba hampihenana ny fiparitahan'ny angovo (4a), tokony ho tratra ny taratra fohy kokoa.
Sary #5
Raha misy taratra nampidirina tsy voapotsitra, ny fiankinan'ny parabolika amin'ny haben'ny taratra amin'ny ankehitriny dia manambara ny fivoahana mivelatra amin'ny lalana mitsivalana sy mitsangana: εx,n = 1.703 mm*mrad ary εy,n = 1.491 mm*mrad (5a).
Ny famatrarana kosa dia nanatsara in-6 ny emittance transverse ho εx,n = 0,285 mm*mrad (horizontal) ary εy,n = 0,246 mm*mrad (vertical).
Tsara ny manamarika fa ny haavon'ny fampihenana ny emittance dia eo ho eo amin'ny avo roa heny noho ny haavon'ny faharetan'ny taratra, izay fandrefesana ny nonlinearity ny fifandraisana dinamika amin'ny fotoana izay elektrôna mahatsapa mafy fifantohana sy defocusing ny sahan'andriamby mandritra ny acceleration (5b и 5c).
Ao amin'ny sary 5b Hita fa ny elektrôna nampidirina tamin'ny fotoana tsara indrindra dia mahatsapa ny antsasaky ny tsingerin'ny herinaratra elektrônika. Saingy ny elektrôna izay tonga alohan'ny na aorian'ny fotoana tsara indrindra dia mahatsapa haingana kokoa ary na dia ny fihenan'ny ampahany aza. Ny elektrôna toy izany dia mahazo angovo kely kokoa, raha ny marina.
Ny toe-javatra mitovy amin'izany dia hita rehefa tratran'ny sahan'andriamby. Ny elektrôna voatsindrona amin'ny fotoana tsara indrindra dia mahatsapa sahan'andriamby tsara sy ratsy. Raha nitranga talohan'ny fotoana tsara indrindra ny fampidirana elektronika, dia nisy saha tsara kokoa ary vitsy kokoa ny ratsy. Raha ampidirina ao anatin'ny fotoana mety kokoa ny elektronika, dia ho vitsy kokoa ny tsara ary ny ratsy kokoa (5c). Ary ny deviations toy izany dia mitarika ho amin'ny zava-misy fa ny elektrôna dia afaka hivily ho amin'ny ankavia, havanana, ambony na midina, arakaraka ny toerana mifandray amin'ny axis, izay mitarika ho amin'ny fitomboan'ny transverse momentum mifanaraka amin'ny fifantohana na defocusing ny andry.
Ho an'ny fahatakarana bebe kokoa momba ny nuances amin'ny fianarana dia manoro hevitra aho ny hijery и ho azy.
epilogue
Raha fintinina, hitombo ny fahombiazan'ny accelerator raha mihena ny faharetan'ny taratra elektronika. Amin'ity asa ity, ny faharetan'ny taratra azo tratrarina dia voafetra amin'ny geometry amin'ny fametrahana. Saingy, raha ny teoria, ny faharetan'ny taratra dia mety hahatratra latsaky ny 100 fs.
Ny mpahay siansa koa dia manamarika fa ny kalitaon'ny taratra dia azo hatsaraina bebe kokoa amin'ny fampihenana ny haavon'ny sosona sy ny fampitomboana ny isany. Na izany aza, ity fomba ity dia tsy misy olana, indrindra fa ny fampitomboana ny fahasarotan'ny famokarana ny fitaovana.
Ity asa ity dia dingana voalohany amin'ny fandalinana mivelatra kokoa sy amin'ny antsipiriany momba ny dikan-teny kely amin'ny accelerator linear. Na dia eo aza ny zava-misy fa ny voazaha toetra dia efa mampiseho vokatra tsara, izay azo antsoina hoe fandraketana firaketana an-tsoratra, dia mbola be ny asa tokony hatao.
Misaotra namaky, mijanòna liana ary mirary herinandro mahafinaritra ry zalahy! 🙂
Misaotra anao nijanona niaraka taminay. Tianao ve ny lahatsoratray? Te hahita votoaty mahaliana kokoa? Tohano izahay amin'ny fametrahana baiko na fanolorana amin'ny namana, fihenam-bidy 30% ho an'ny mpampiasa Habr amin'ny analogue tokana amin'ny mpizara ambaratonga fidirana, izay noforoninay ho anao: (misy miaraka amin'ny RAID1 sy RAID10, hatramin'ny 24 cores ary hatramin'ny 40GB DDR4).
Dell R730xd in-2 mora kokoa? Eto ihany any Holandy! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - manomboka amin'ny $99! Vakio ny momba ny
Source: www.habr.com