ചെറുതും എന്നാൽ ബോൾഡും: ഒരു പുതിയ റെക്കോർഡ് സൃഷ്ടിച്ച ഒരു മിനിയേച്ചർ ലീനിയർ കണികാ ആക്സിലറേറ്റർ

"കൂടുതൽ കൂടുതൽ ശക്തമാണ്" എന്ന പരിചിതമായ തത്വം ശാസ്ത്രവും സാങ്കേതികവിദ്യയും ഉൾപ്പെടെ സമൂഹത്തിന്റെ പല മേഖലകളിലും വളരെക്കാലമായി സ്ഥാപിതമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ആധുനിക യാഥാർത്ഥ്യങ്ങളിൽ, "ചെറുത്, എന്നാൽ ശക്തൻ" എന്ന ചൊല്ലിന്റെ പ്രായോഗിക നടപ്പാക്കൽ കൂടുതൽ സാധാരണമായിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. മുമ്പ് ഒരു മുറി മുഴുവനായും ഏറ്റെടുത്തിരുന്ന കമ്പ്യൂട്ടറുകളിലും, എന്നാൽ ഇപ്പോൾ കുട്ടിയുടെ കൈപ്പത്തിയിലും ചാർജ്ജ് ചെയ്ത കണികാ ആക്സിലറേറ്ററുകളിലും ഇത് പ്രകടമാണ്. അതെ, ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡർ (LHC) ഓർക്കുന്നുണ്ടോ, അതിന്റെ ആകർഷണീയമായ അളവുകൾ (26 മീറ്റർ നീളം) അതിന്റെ പേരിൽ അക്ഷരാർത്ഥത്തിൽ സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു? അതിനാൽ, ആക്സിലറേറ്ററിന്റെ ഒരു മിനിയേച്ചർ പതിപ്പ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത DESY യിൽ നിന്നുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ അഭിപ്രായത്തിൽ ഇത് ഇതിനകം തന്നെ പഴയ കാര്യമാണ്, ഇത് അതിന്റെ പൂർണ്ണ വലുപ്പത്തിലുള്ള മുൻഗാമികളേക്കാൾ പ്രകടനത്തിൽ താഴ്ന്നതല്ല. കൂടാതെ, എംബഡഡ് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഊർജ്ജം ഇരട്ടിയാക്കി ടെറാഹെർട്സ് ആക്സിലറേറ്ററുകൾക്കിടയിൽ മിനി ആക്സിലറേറ്റർ ഒരു പുതിയ ലോക റെക്കോർഡ് പോലും സ്ഥാപിച്ചു. മിനിയേച്ചർ ആക്സിലറേറ്റർ എങ്ങനെയാണ് വികസിപ്പിച്ചത്, അതിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്, പ്രായോഗിക പരീക്ഷണങ്ങൾ എന്താണ് കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്? ഇതേക്കുറിച്ച് അറിയാൻ റിസർച്ച് ഗ്രൂപ്പിന്റെ റിപ്പോർട്ട് സഹായിക്കും. പോകൂ.

ഗവേഷണ അടിസ്ഥാനം

മിനി-ആക്സിലറേറ്റർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത DESY (ജർമ്മൻ ഇലക്‌ട്രോൺ സിൻക്രോട്രോൺ) യിലെ ഡോങ്‌ഫാങ് ഷാങ്ങും അദ്ദേഹത്തിന്റെ സഹപ്രവർത്തകരും പറയുന്നതനുസരിച്ച്, ആധുനിക സമൂഹത്തിന്റെ ജീവിതത്തിൽ അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ഇലക്ട്രോൺ ഉറവിടങ്ങൾ അവിശ്വസനീയമാംവിധം പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. അവയിൽ പലതും വൈദ്യശാസ്ത്രം, ഇലക്ട്രോണിക്സ് വികസനം, ശാസ്ത്ര ഗവേഷണം എന്നിവയിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ഓസിലേറ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന നിലവിലെ ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്ററുകളുടെ ഏറ്റവും വലിയ പ്രശ്നം അവയുടെ ഉയർന്ന വില, സങ്കീർണ്ണമായ ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചർ, ആകർഷണീയമായ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം എന്നിവയാണ്. അത്തരം പോരായ്മകൾ അത്തരം സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ ലഭ്യതയെ വിശാലമായ ഉപയോക്താക്കളിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

വലിപ്പവും വൈദ്യുതി ഉപഭോഗവും ഭയാനകത ഉണ്ടാക്കാത്ത ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള മികച്ച പ്രോത്സാഹനമാണ് ഈ വ്യക്തമായ പ്രശ്നങ്ങൾ.

ഈ വ്യവസായത്തിലെ ആപേക്ഷിക പുതുമകളിൽ ടെറാഹെർട്സ് ആക്സിലറേറ്ററുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, അവയ്ക്ക് നിരവധി "പ്രയോജനങ്ങൾ" ഉണ്ട്:

• ചെറിയ തരംഗങ്ങളും ടെറാഹെർട്സ് വികിരണത്തിന്റെ ചെറിയ പൾസുകളും പരിധിയെ ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ബ്രേക്ക് ഡൗൺ*, ഫീൽഡ് മൂലമുണ്ടാകുന്ന, ഇത് ആക്സിലറേഷൻ ഗ്രേഡിയന്റുകളെ വർദ്ധിപ്പിക്കും;

വൈദ്യുത തകരാർ* - ക്രിട്ടിക്കലിന് മുകളിലുള്ള വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ നിലവിലെ ശക്തിയിൽ മൂർച്ചയുള്ള വർദ്ധനവ്.

• ഉയർന്ന ഫീൽഡ് ടെറാഹെർട്സ് വികിരണം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള ഫലപ്രദമായ രീതികളുടെ സാന്നിധ്യം ഇലക്ട്രോണുകളും എക്സിറ്റേഷൻ ഫീൽഡുകളും തമ്മിലുള്ള ആന്തരിക സമന്വയത്തിന് അനുവദിക്കുന്നു;
• അത്തരം ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ക്ലാസിക്കൽ രീതികൾ ഉപയോഗിക്കാം, എന്നാൽ അവയുടെ വിലയും ഉൽപാദന സമയവും വലുപ്പവും വളരെ കുറയും.

അവരുടെ മില്ലിമീറ്റർ സ്കെയിൽ ടെറാഹെർട്സ് ആക്സിലറേറ്റർ നിലവിൽ ലഭ്യമായ പരമ്പരാഗത ആക്സിലറേറ്ററുകളും വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന മൈക്രോ ആക്സിലറേറ്ററുകളും തമ്മിലുള്ള ഒത്തുതീർപ്പാണെന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിശ്വസിക്കുന്നു, എന്നാൽ അവയുടെ വളരെ ചെറിയ അളവുകൾ കാരണം നിരവധി ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്.

ടെറാഹെർട്‌സ് ആക്സിലറേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ കുറച്ചുകാലമായി വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നുവെന്നത് ഗവേഷകർ നിഷേധിക്കുന്നില്ല. എന്നിരുന്നാലും, അവരുടെ അഭിപ്രായത്തിൽ, ഈ മേഖലയിൽ പഠിക്കുകയോ പരീക്ഷിക്കുകയോ നടപ്പിലാക്കുകയോ ചെയ്യാത്ത നിരവധി വശങ്ങൾ ഇപ്പോഴും ഉണ്ട്.

ഇന്ന് നമ്മൾ പരിഗണിക്കുന്ന അവരുടെ പ്രവർത്തനത്തിൽ, ശാസ്ത്രജ്ഞർ STEAM ന്റെ കഴിവുകൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു (സെഗ്മെന്റഡ് ടെറാഹെർട്സ് ഇലക്ട്രോൺ ആക്സിലറേറ്ററും മാനിപ്പുലേറ്ററും) - ഒരു സെഗ്മെന്റഡ് ടെറാഹെർട്സ് ഇലക്ട്രോൺ ആക്സിലറേറ്ററും മാനിപ്പുലേറ്ററും. ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ ദൈർഘ്യം സബ്-പിക്കോസെക്കൻഡ് ദൈർഘ്യത്തിലേക്ക് കുറയ്ക്കാൻ സ്റ്റീം സാധ്യമാക്കുന്നു, അതുവഴി ആക്സിലറേഷൻ ഘട്ടത്തിൽ ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് നിയന്ത്രണം നൽകുന്നു.

200 MV/m (MV - megavolt) എന്ന ആക്സിലറേഷൻ ഫീൽഡ് കൈവരിക്കാൻ സാധിച്ചു, ഇത് 70 keV ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് എംബഡഡ് ഇലക്ട്രോൺ ബീമിൽ നിന്ന് > 55 keV (kiloelectronvolt) റെക്കോഡ് ടെറാഹെർട്സ് ആക്സിലറേഷനിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഈ രീതിയിൽ, 125 കെവി വരെ ത്വരിതപ്പെടുത്തിയ ഇലക്ട്രോണുകൾ ലഭിച്ചു.

ഉപകരണ ഘടനയും നടപ്പാക്കലും

ചിത്രം നമ്പർ 1: പഠിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഉപകരണത്തിന്റെ ഡയഗ്രം.

ഇമേജ് നമ്പർ 1-2: a - വികസിപ്പിച്ച 5-ലെയർ സെഗ്മെന്റഡ് ഘടനയുടെ ഡയഗ്രം, b - ഇലക്ട്രോൺ പ്രചരണത്തിന്റെ കണക്കുകൂട്ടിയ ത്വരണം, ദിശ എന്നിവയുടെ അനുപാതം.

ഇലക്‌ട്രോൺ ബീമുകൾ (55 കെ.വി.) ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു ഇലക്ട്രോൺ തോക്ക്* ടെറാഹെർട്സ് സ്റ്റീം-ബഞ്ചറിലേക്ക് (ബീം കംപ്രസ്സർ) അവതരിപ്പിക്കുന്നു, അതിനുശേഷം അവ സ്റ്റീം-ലിനാക്കിലേക്ക് കടന്നുപോകുന്നു (ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ*).

ഇലക്ട്രോൺ തോക്ക്* - ആവശ്യമായ കോൺഫിഗറേഷന്റെയും ഊർജ്ജത്തിന്റെയും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒരു ബീം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ഉപകരണം.

ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ* - ചാർജുള്ള കണങ്ങൾ ഘടനയിലൂടെ ഒരു പ്രാവശ്യം മാത്രം കടന്നുപോകുന്ന ഒരു ആക്സിലറേറ്റർ, ഇത് ഒരു ചാക്രികമായ ഒന്നിൽ നിന്ന് ഒരു ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്ററിനെ വേർതിരിക്കുന്നു (ഉദാഹരണത്തിന്, LHC).

രണ്ട് STEAM ഉപകരണങ്ങൾക്കും ഒരൊറ്റ നിയർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് (NIR) ലേസറിൽ നിന്ന് ടെറാഹെർട്‌സ് പൾസുകൾ ലഭിക്കുന്നു, ഇത് ഇലക്‌ട്രോൺ ഗണ്ണിന്റെ ഫോട്ടോകാഥോഡും വെടിവയ്ക്കുന്നു, ഇത് ഇലക്ട്രോണുകളും ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്ന ഫീൽഡുകളും തമ്മിലുള്ള ആന്തരിക സമന്വയത്തിന് കാരണമാകുന്നു. ഫോട്ടോകാഥോഡിലെ ഫോട്ടോ എമിഷനുള്ള അൾട്രാവയലറ്റ് പൾസുകൾ തുടർച്ചയായ രണ്ട് ഘട്ടങ്ങളിലൂടെയാണ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത് GVG* ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന തരംഗദൈർഘ്യം. ഈ പ്രക്രിയ 1020 nm ലേസർ പൾസിനെ ആദ്യം 510 nm ആയും പിന്നീട് 255 nm ആയും പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു.

GVG* (ഒപ്റ്റിക്കൽ സെക്കൻഡ് ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ) ഒരു നോൺലീനിയർ മെറ്റീരിയലുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന സമയത്ത് ഒരേ ആവൃത്തിയിലുള്ള ഫോട്ടോണുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയയാണ്, ഇത് ഇരട്ടി ഊർജ്ജവും ആവൃത്തിയും അതുപോലെ പകുതി തരംഗദൈർഘ്യവുമുള്ള പുതിയ ഫോട്ടോണുകളുടെ രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

NIR ലേസർ ബീമിന്റെ ബാക്കി ഭാഗം 4 ബീമുകളായി വിഭജിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അവ ഇൻട്രാ-പൾസ് ഫ്രീക്വൻസി വ്യത്യാസങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ചുകൊണ്ട് നാല് സിംഗിൾ-സൈക്കിൾ ടെറാഹെർട്സ് പൾസുകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

രണ്ട് ടെറാഹെർട്‌സ് പൾസുകൾ ഓരോ സ്റ്റീം ഉപകരണത്തിലേക്കും സമമിതിയുള്ള ഹോൺ ഘടനകളിലൂടെ വിതരണം ചെയ്യുന്നു, ഇത് ടെറാഹെർട്‌സ് ഊർജ്ജത്തെ ഇലക്ട്രോൺ പ്രചരണത്തിന്റെ ദിശയിലുടനീളം പ്രതിപ്രവർത്തന മേഖലയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

ഓരോ സ്റ്റീം ഉപകരണത്തിലും ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രവേശിക്കുമ്പോൾ, അവ വൈദ്യുത, ​​കാന്തിക ഘടകങ്ങളുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നു ലോറൻസ് സേന*.

ലോറൻസ് ഫോഴ്സ്* - വൈദ്യുതകാന്തികക്ഷേത്രം ചാർജ്ജ് ചെയ്ത കണത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ശക്തി.

ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, വൈദ്യുത മണ്ഡലം ത്വരിതപ്പെടുത്തലിനും തളർച്ചയ്ക്കും കാരണമാകുന്നു, കാന്തികക്ഷേത്രം ലാറ്ററൽ വ്യതിചലനങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു.

ചിത്രം #2

നമ്മൾ ചിത്രങ്ങളിൽ കാണുന്നത് പോലെ 2 и 2b, ഓരോ സ്റ്റീം ഉപകരണത്തിനകത്തും, ടെറാഹെർട്സ് ബീമുകൾ നേർത്ത ലോഹ ഷീറ്റുകളാൽ തിരശ്ചീനമായി വിഭജിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അവ ഓരോന്നും ഒരു തരംഗഗൈഡായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, മൊത്തം ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഒരു ഭാഗം പ്രതിപ്രവർത്തന മേഖലയിലേക്ക് മാറ്റുന്നു. ടെറാഹെർട്‌സിന്റെ ആഗമന സമയം ഏകോപിപ്പിക്കാൻ ഓരോ ലെയറിലും ഡൈഇലക്‌ട്രിക് പ്ലേറ്റുകളും ഉണ്ട് വേവ് ഫ്രണ്ട്* ഇലക്ട്രോണുകളുടെ മുൻവശം.

വേവ് ഫ്രണ്ട്* - തരംഗം എത്തിയ ഉപരിതലം.

രണ്ട് സ്റ്റീം ഉപകരണങ്ങളും ഇലക്ട്രിക്കൽ മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അതായത്, ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം അടിച്ചേൽപ്പിക്കുകയും ഇന്ററാക്ഷൻ ഏരിയയുടെ മധ്യഭാഗത്ത് ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തെ അടിച്ചമർത്തുകയും ചെയ്യുന്ന വിധത്തിൽ.

ആദ്യത്തെ ഉപകരണത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ കടന്നുപോകാൻ സമയം നിശ്ചയിച്ചിരിക്കുന്നു സീറോ ക്രോസിംഗ്* ടെറാഹെർട്സ് ഫീൽഡ്, ഇവിടെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ സമയ ഗ്രേഡിയന്റുകൾ പരമാവധിയാക്കുകയും ശരാശരി ഫീൽഡ് ചെറുതാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

സീറോ ക്രോസിംഗ്* - ടെൻഷൻ ഇല്ലാത്ത ഒരു പോയിന്റ്.

ഈ കോൺഫിഗറേഷൻ ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ വാൽ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിനും അതിന്റെ തലയുടെ വേഗത കുറയുന്നതിനും കാരണമാകുന്നു, ഇത് ബാലിസ്റ്റിക് രേഖാംശ ഫോക്കസിംഗിന് കാരണമാകുന്നു (2 и 2c).

രണ്ടാമത്തെ ഉപകരണത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണിന്റെയും ടെറാഹെർട്സ് വികിരണത്തിന്റെയും സമന്വയം സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അങ്ങനെ ഇലക്ട്രോൺ ബീം ടെറാഹെർട്സ് വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ ഒരു നെഗറ്റീവ് സൈക്കിൾ മാത്രമേ അനുഭവിക്കുന്നുള്ളൂ. ഈ കോൺഫിഗറേഷൻ ഒരു നെറ്റ് തുടർച്ചയായ ആക്സിലറേഷനിൽ കലാശിക്കുന്നു (2b и 2d).

NIR ലേസർ 1.2 nm തരംഗദൈർഘ്യത്തിലും 50 Hz ആവർത്തന നിരക്കിലും 1020 ps ദൈർഘ്യമുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ പൾസുകളും 10 mJ ഊർജ്ജവും ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു ക്രയോജനിക്കലി കൂൾഡ് Yb:YLF സിസ്റ്റമാണ്. 0.29 ടെറാഹെർട്‌സ് (3.44 പിഎസ് കാലഘട്ടം) സെൻട്രൽ ഫ്രീക്വൻസി ഉള്ള ടെറാഹെർട്‌സ് പൾസുകൾ ചരിഞ്ഞ പൾസ് ഫ്രണ്ട് രീതിയാണ് സൃഷ്ടിക്കുന്നത്.

STEAM-buncher (ബീം കംപ്രസ്സർ) പവർ ചെയ്യാൻ 2 x 50 nJ ടെറാഹെർട്സ് ഊർജ്ജം മാത്രമേ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുള്ളൂ, STEAM-linac (ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ) 2 x 15 mJ ആവശ്യമാണ്.

രണ്ട് സ്റ്റീം ഉപകരണങ്ങളുടെയും ഇൻലെറ്റിന്റെയും ഔട്ട്‌ലെറ്റ് ഹോളുകളുടെയും വ്യാസം 120 മൈക്രോൺ ആണ്.

ബീം കംപ്രസർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത് തുല്യ ഉയരമുള്ള (0 മില്ലിമീറ്റർ) മൂന്ന് പാളികളോടെയാണ്, അതിൽ സമയം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് 225, 4.41 മില്ലിമീറ്റർ നീളമുള്ള ഫ്യൂസ്ഡ് സിലിക്ക പ്ലേറ്റുകൾ (ϵr = 0.42) കൊണ്ട് സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. കംപ്രസർ പാളികളുടെ തുല്യ ഉയരം ത്വരണം ഇല്ല എന്ന വസ്തുതയെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു (2c).

എന്നാൽ ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്ററിൽ ഉയരങ്ങൾ ഇതിനകം വ്യത്യസ്തമാണ് - 0.225, 0.225, 0.250 മില്ലീമീറ്റർ (+ ഫ്യൂസ്ഡ് ക്വാർട്സ് പ്ലേറ്റുകൾ 0.42 ഉം 0.84 മില്ലീമീറ്ററും). പാളിയുടെ ഉയരം വർദ്ധിക്കുന്നത് ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്ന സമയത്ത് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ വേഗത വർദ്ധിക്കുന്നത് വിശദീകരിക്കുന്നു.

ഓരോ രണ്ട് ഉപകരണങ്ങളുടെയും പ്രവർത്തനത്തിന് പാളികളുടെ എണ്ണം നേരിട്ട് ഉത്തരവാദിയാണെന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ശ്രദ്ധിക്കുന്നു. ഉയർന്ന ആക്സിലറേഷൻ നിരക്ക് കൈവരിക്കുന്നതിന്, ഉദാഹരണത്തിന്, ഇടപെടൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന് കൂടുതൽ ലെയറുകളും വ്യത്യസ്ത ഉയരമുള്ള കോൺഫിഗറേഷനുകളും ആവശ്യമാണ്.

പ്രായോഗിക പരീക്ഷണങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ

ആദ്യം, പരമ്പരാഗത റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി ആക്സിലറേറ്ററുകളിൽ, ബീമിനുള്ളിലെ വിവിധ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പ്രതിപ്രവർത്തന സമയത്ത് അനുഭവപ്പെടുന്ന വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിലെ മാറ്റം മൂലമാണ് ത്വരിതപ്പെടുത്തിയ ബീമിന്റെ ഗുണങ്ങളിൽ ഉൾച്ചേർത്ത ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ താൽക്കാലിക വ്യാപ്തിയുടെ സ്വാധീനം എന്ന് ഗവേഷകർ ഓർമ്മിപ്പിക്കുന്നു. വ്യത്യസ്ത സമയങ്ങളിൽ. അതിനാൽ, ഉയർന്ന ഗ്രേഡിയന്റുകളുള്ള ഫീൽഡുകളും കൂടുതൽ ദൈർഘ്യമുള്ള ബീമുകളും ഒരു വലിയ ഊർജ്ജ വ്യാപനത്തിലേക്ക് നയിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കാം. ദൈർഘ്യമേറിയ ഇൻജക്റ്റഡ് ബീമുകളും ഉയർന്ന മൂല്യങ്ങളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം പുറന്തള്ളൽ*.

എമിറ്റൻസ്* - ചാർജ്ജ് ചെയ്ത കണങ്ങളുടെ ത്വരിതപ്പെടുത്തിയ ബീം കൈവശപ്പെടുത്തിയ ഘട്ടം.

ടെറാഹെർട്‌സ് ആക്സിലറേറ്ററിന്റെ കാര്യത്തിൽ, എക്‌സിറ്റേഷൻ ഫീൽഡിന്റെ കാലയളവ് ഏകദേശം 200 മടങ്ങ് കുറവാണ്. അതിനാൽ, ടെൻഷൻ* പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഫീൽഡ് 10 മടങ്ങ് കൂടുതലായിരിക്കും.

ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് ശക്തി* - വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ ഒരു സൂചകം, ഈ ചാർജിന്റെ വ്യാപ്തിയിലേക്ക് ഫീൽഡിലെ ഒരു നിശ്ചിത പോയിന്റിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സ്റ്റേഷണറി പോയിന്റ് ചാർജിലേക്ക് പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തിന്റെ അനുപാതത്തിന് തുല്യമാണ്.

അങ്ങനെ, ഒരു ടെറാഹെർട്സ് ആക്സിലറേറ്ററിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ അനുഭവിക്കുന്ന ഫീൽഡ് ഗ്രേഡിയന്റുകൾ ഒരു പരമ്പരാഗത ഉപകരണത്തേക്കാൾ നിരവധി ഓർഡറുകൾ കൂടുതലായിരിക്കും. ഫീൽഡ് വക്രത ശ്രദ്ധേയമായ സമയ സ്കെയിൽ വളരെ ചെറുതായിരിക്കും. പരിചയപ്പെടുത്തിയ ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ ദൈർഘ്യം കൂടുതൽ വ്യക്തമായ ഫലമുണ്ടാക്കുമെന്ന് ഇതിൽ നിന്ന് പിന്തുടരുന്നു.

ഈ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പ്രായോഗികമായി പരീക്ഷിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ തീരുമാനിച്ചു. ഇത് ചെയ്യുന്നതിന്, അവർ വ്യത്യസ്ത ദൈർഘ്യമുള്ള ഇലക്ട്രോൺ ബീമുകൾ അവതരിപ്പിച്ചു, അവ ആദ്യത്തെ സ്റ്റീം ഉപകരണം (സ്റ്റീം-ബഞ്ചർ) ഉപയോഗിച്ച് കംപ്രഷൻ വഴി നിയന്ത്രിച്ചു.

ചിത്രം #3

കംപ്രസ്സർ ഒരു പവർ സ്രോതസ്സുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടില്ലാത്ത സാഹചര്യത്തിൽ, ഇലക്ട്രോൺ ഗണിൽ നിന്ന് ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ ഉപകരണത്തിലേക്ക് (STEAM-linac) ∼55 fC (femtocoulomb) ചാർജുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ബീമുകൾ (1 keV) ഏകദേശം 300 mm കടന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് സ്പേസ് ചാർജ് ശക്തികളുടെ സ്വാധീനത്തിൽ 1000 fs (ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ്) ദൈർഘ്യം വരെ വികസിക്കാൻ കഴിയും.

ഈ കാലയളവിൽ, ഇലക്ട്രോൺ ബീം 60 പിഎസ് ആവൃത്തിയിൽ ആക്സിലറേറ്റിംഗ് ഫീൽഡിന്റെ പകുതി തരംഗദൈർഘ്യത്തിന്റെ 1,7% കൈവശപ്പെടുത്തി, അതിന്റെ ഫലമായി 115 കെ.വി.യിലും ഊർജ്ജ വിതരണത്തിന്റെ പകുതി വീതിയിലും ഒരു പോസ്റ്റ്-ആക്സിലറേഷൻ എനർജി സ്പെക്ട്രം ഉണ്ടാകുന്നു. 60 കെവിയിൽ കൂടുതൽ (3).

ഈ ഫലങ്ങളെ പ്രതീക്ഷിച്ചവയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യാൻ, ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒപ്റ്റിമൽ ഇഞ്ചക്ഷൻ സമയവുമായി സമന്വയം ഇല്ലാത്തപ്പോൾ (അതായത്, സമന്വയത്തിന് പുറത്തായപ്പോൾ) ഒരു ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ വഴിയുള്ള ഇലക്ട്രോൺ പ്രചരണത്തിന്റെ സാഹചര്യം അനുകരിക്കപ്പെട്ടു. ഈ സാഹചര്യത്തിന്റെ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ കാണിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോൺ ഊർജ്ജത്തിന്റെ വർദ്ധനവ് ഒരു സബ്പിക്കോസെക്കൻഡ് ടൈം സ്കെയിൽ വരെ കുത്തിവയ്പ്പിന്റെ നിമിഷത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു (3b). അതായത്, ഒപ്റ്റിമൽ സജ്ജീകരണത്തോടെ, ഇലക്ട്രോണിന് ഓരോ പാളിയിലും ടെറാഹെർട്സ് റേഡിയേഷൻ ത്വരണം മുഴുവനായും അനുഭവപ്പെടും (3c).

ഇലക്ട്രോണുകൾ വ്യത്യസ്ത സമയങ്ങളിൽ എത്തുകയാണെങ്കിൽ, ആദ്യ പാളിയിൽ കുറഞ്ഞ ത്വരണം അനുഭവപ്പെടുന്നു, ഇത് അതിലൂടെ സഞ്ചരിക്കാൻ കൂടുതൽ സമയമെടുക്കുന്നു. ഡീസിൻക്രൊണൈസേഷൻ പിന്നീട് ഇനിപ്പറയുന്ന ലെയറുകളിൽ വർദ്ധിക്കുന്നു, ഇത് അനാവശ്യമായ മാന്ദ്യത്തിന് കാരണമാകുന്നു (3d).

ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ താൽക്കാലിക വിപുലീകരണത്തിന്റെ നെഗറ്റീവ് പ്രഭാവം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, ആദ്യത്തെ സ്റ്റീം ഉപകരണം കംപ്രഷൻ മോഡിൽ പ്രവർത്തിച്ചു. കംപ്രസ്സറിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുന്ന ടെറാഹെർട്സ് ഊർജം ട്യൂൺ ചെയ്ത് ലിനാക്കിനെ ഹാച്ച് മോഡിലേക്ക് മാറ്റിക്കൊണ്ട് ലിനാക്കിലെ ഇലക്ട്രോൺ ബീം ദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞത് ~350 fs (അര വീതി) ആയി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു (4b).

ചിത്രം #4

ഫോട്ടോകാഥോഡ് യുവി പൾസിന്റെ ദൈർഘ്യത്തിന് അനുസൃതമായി ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ബീം ദൈർഘ്യം സജ്ജീകരിച്ചു, അത് ~600 fs ആയിരുന്നു. കംപ്രസ്സറും സ്ട്രിപ്പും തമ്മിലുള്ള ദൂരവും ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിച്ചു, ഇത് കട്ടിയുള്ള ശക്തിയുടെ വേഗത പരിമിതപ്പെടുത്തി. ഈ നടപടികൾ ഒരുമിച്ച്, ആക്സിലറേഷൻ ഘട്ടത്തിന്റെ ഇഞ്ചക്ഷൻ ഘട്ടത്തിൽ ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് കൃത്യത പ്രാപ്തമാക്കുന്നു.

ചിത്രത്തിൽ 4 ഒരു ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്ററിൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ആക്സിലറേഷനു ശേഷം കംപ്രസ് ചെയ്ത ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ ഊർജ്ജ വ്യാപനം കംപ്രസ് ചെയ്യാത്തതിനെ അപേക്ഷിച്ച് ~ 4 മടങ്ങ് കുറയുന്നതായി കാണാൻ കഴിയും. ത്വരണം മൂലം, കംപ്രസ് ചെയ്യാത്ത ബീമിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, കംപ്രസ് ചെയ്ത ബീമിന്റെ ഊർജ്ജ സ്പെക്ട്രം ഉയർന്ന ഊർജ്ജത്തിലേക്ക് മാറുന്നു. ആക്സിലറേഷനു ശേഷമുള്ള ഊർജ്ജ സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ കൊടുമുടി ഏകദേശം 115 കെവി ആണ്, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ വാൽ ഏകദേശം 125 കെ.വി.

ഈ കണക്കുകൾ, ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ എളിമയുള്ള പ്രസ്താവന പ്രകാരം, ടെറാഹെർട്സ് ശ്രേണിയിലെ ഒരു പുതിയ ആക്സിലറേഷൻ റെക്കോർഡാണ് (ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നതിന് മുമ്പ് ഇത് 70 കെവി ആയിരുന്നു).

എന്നാൽ ഊർജ്ജ വ്യാപനം കുറയ്ക്കുന്നതിന് (4), അതിലും ചെറിയ ബീം നേടണം.

ചിത്രം #5

കംപ്രസ് ചെയ്യാത്ത ഒരു ബീമിന്റെ കാര്യത്തിൽ, വൈദ്യുതധാരയിലുള്ള ബീം വലുപ്പത്തിന്റെ പരാബോളിക് ആശ്രിതത്വം തിരശ്ചീനവും ലംബവുമായ ദിശകളിലെ തിരശ്ചീന ഉദ്വമനത്തെ വെളിപ്പെടുത്തുന്നു: εx,n = 1.703 mm*mrad, εy,n = 1.491 mm*mrad (5).

കംപ്രഷൻ, തിരശ്ചീന ഉദ്വമനം εx,n = 6 mm*mrad (തിരശ്ചീനം), εy,n = 0,285 mm*mrad (ലംബം) എന്നിങ്ങനെ 0,246 മടങ്ങ് മെച്ചപ്പെടുത്തി.

എമിറ്റൻസ് റിഡക്ഷൻ ബിരുദം ബീം ദൈർഘ്യം കുറയ്ക്കുന്നതിന്റെ ഏകദേശം ഇരട്ടി വലുതാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്, ഇത് ത്വരിതപ്പെടുത്തുമ്പോൾ കാന്തികക്ഷേത്രത്തെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ശക്തമായ ഫോക്കസിംഗും ഡീഫോക്കസും അനുഭവിക്കുമ്പോൾ സമയവുമായുള്ള ഇന്ററാക്ഷൻ ഡൈനാമിക്സിന്റെ രേഖീയമല്ലാത്ത അളവാണ് (5b и 5c).

ചിത്രത്തിൽ 5b ഒപ്റ്റിമൽ സമയത്ത് അവതരിപ്പിച്ച ഇലക്ട്രോണുകൾ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ത്വരിതപ്പെടുത്തലിന്റെ മുഴുവൻ അർദ്ധചക്രവും അനുഭവിക്കുന്നതായി കാണാൻ കഴിയും. എന്നാൽ ഒപ്റ്റിമൽ സമയത്തിന് മുമ്പോ ശേഷമോ എത്തുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ത്വരണം കുറവും ഭാഗികമായ തളർച്ചയും അനുഭവപ്പെടുന്നു. അത്തരം ഇലക്ട്രോണുകൾ കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജത്തിൽ അവസാനിക്കുന്നു, ഏകദേശം പറഞ്ഞാൽ.

കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ സമാനമായ ഒരു സാഹചര്യം നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. ഒപ്റ്റിമൽ സമയത്ത് കുത്തിവച്ച ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് കാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളുടെ സമമിതി അനുഭവപ്പെടുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ആമുഖം ഒപ്റ്റിമൽ സമയത്തിന് മുമ്പാണ് സംഭവിച്ചതെങ്കിൽ, കൂടുതൽ പോസിറ്റീവ് ഫീൽഡുകളും കുറച്ച് നെഗറ്റീവ് ഫീൽഡുകളും ഉണ്ടായിരുന്നു. ഒപ്റ്റിമൽ സമയത്തേക്കാൾ പിന്നീട് ഇലക്ട്രോണുകൾ അവതരിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ, പോസിറ്റീവ് കുറവും കൂടുതൽ നെഗറ്റീവും ഉണ്ടാകും (5c). അത്തരം വ്യതിയാനങ്ങൾ അച്ചുതണ്ടുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോണിന് അതിന്റെ സ്ഥാനത്തെ ആശ്രയിച്ച് ഇടത്തോട്ടോ വലത്തോട്ടോ മുകളിലേക്കോ താഴോട്ടോ വ്യതിചലിക്കാൻ കഴിയും എന്ന വസ്തുതയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇത് ബീമിന്റെ ഫോക്കസിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ ഡിഫോക്കസ് ചെയ്യുന്നതിന് അനുയോജ്യമായ തിരശ്ചീന ആക്കം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

പഠനത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മതകളെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ വിശദമായി അറിയുന്നതിന്, ഞാൻ നോക്കാൻ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു ശാസ്ത്രജ്ഞർ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു и അധിക മെറ്റീരിയലുകൾ അവന്.

എപ്പിലോഗ്

ചുരുക്കത്തിൽ, ഇലക്ട്രോൺ ബീമിന്റെ ദൈർഘ്യം കുറയുകയാണെങ്കിൽ ആക്സിലറേറ്റർ പ്രകടനം വർദ്ധിക്കും. ഈ സൃഷ്ടിയിൽ, ഇൻസ്റ്റാളേഷന്റെ ജ്യാമിതീയതയാൽ നേടാവുന്ന ബീം ദൈർഘ്യം പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. പക്ഷേ, സിദ്ധാന്തത്തിൽ, ബീം ദൈർഘ്യം 100 fs-ൽ താഴെ എത്താം.

പാളികളുടെ ഉയരം കുറയ്ക്കുകയും അവയുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ബീമിന്റെ ഗുണനിലവാരം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെന്നും ശാസ്ത്രജ്ഞർ ശ്രദ്ധിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ രീതി പ്രശ്നങ്ങളില്ലാത്തതല്ല, പ്രത്യേകിച്ച് ഉപകരണത്തിന്റെ നിർമ്മാണത്തിന്റെ സങ്കീർണ്ണത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

ഒരു ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്ററിന്റെ ഒരു മിനിയേച്ചർ പതിപ്പിന്റെ കൂടുതൽ വിപുലവും വിശദവുമായ പഠനത്തിന്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടമാണ് ഈ ജോലി. പരീക്ഷിച്ച പതിപ്പ് ഇതിനകം തന്നെ മികച്ച ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു എന്ന വസ്തുത ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, അതിനെ റെക്കോർഡ് ബ്രേക്കിംഗ് എന്ന് വിളിക്കാം, ഇനിയും ഒരുപാട് ജോലികൾ ചെയ്യാനുണ്ട്.

നിങ്ങളുടെ ശ്രദ്ധയ്ക്ക് നന്ദി, ജിജ്ഞാസയോടെ തുടരുക, എല്ലാവർക്കും ഒരു മികച്ച ആഴ്ച! 🙂

ഞങ്ങളോടൊപ്പം താമസിച്ചതിന് നന്ദി. ഞങ്ങളുടെ ലേഖനങ്ങൾ നിങ്ങൾക്ക് ഇഷ്ടമാണോ? കൂടുതൽ രസകരമായ ഉള്ളടക്കം കാണാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നുണ്ടോ? ഒരു ഓർഡർ നൽകി അല്ലെങ്കിൽ സുഹൃത്തുക്കൾക്ക് ശുപാർശ ചെയ്തുകൊണ്ട് ഞങ്ങളെ പിന്തുണയ്ക്കുക, നിങ്ങൾക്കായി ഞങ്ങൾ കണ്ടുപിടിച്ച എൻട്രി ലെവൽ സെർവറുകളുടെ തനതായ അനലോഗിൽ Habr ഉപയോക്താക്കൾക്ക് 30% കിഴിവ്: VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 കോറുകൾ) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps-നെക്കുറിച്ചുള്ള മുഴുവൻ സത്യവും $20 മുതൽ അല്ലെങ്കിൽ എങ്ങനെ ഒരു സെർവർ പങ്കിടാം? (RAID1, RAID10 എന്നിവയ്‌ക്കൊപ്പം 24 കോറുകൾ വരെയും 40GB DDR4 വരെയും ലഭ്യമാണ്).

Dell R730xd 2 മടങ്ങ് വിലകുറഞ്ഞോ? ഇവിടെ മാത്രം 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV $199 മുതൽ നെതർലാൻഡിൽ! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 മുതൽ! കുറിച്ച് വായിക്കുക ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചർ കോർപ്പറേഷൻ എങ്ങനെ നിർമ്മിക്കാം. ഒരു പൈസയ്ക്ക് 730 യൂറോ വിലയുള്ള Dell R5xd E2650-4 v9000 സെർവറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ക്ലാസ്?

അവലംബം: www.habr.com