O le mataupu faavae masani o le "sili atu e sili atu ona mamana" ua leva ona faavaeina i le tele o vaega o sosaiete, e aofia ai le faasaienisi ma tekinolosi. Ae ui i lea, i mea moni faʻaonaponei, o le faʻatinoina o le faʻatinoga o le faaupuga "laʻititi, ae malosi" ua faʻateleina ma sili atu ona taatele. O loʻo faʻaalia uma i komepiuta, lea na ave muamua i luga o se potu atoa, ae o lea ua fetaui i le alofilima o se tamaititi, ma i totonu o mea faʻapipiʻi faʻamalosi. Ioe, manatua le Large Hadron Collider (LHC), o ona fua mataʻina (26 mita le umi) o loʻo faʻaalia moni i lona igoa? O lea la, ua leva ona avea lenei mea o se mea o le taimi ua tuanaʻi, e tusa ai ma saienitisi mai le DESY, oe na atiaʻe se faʻataʻitaʻiga laʻititi o le accelerator, lea e le maualalo i le faʻatinoga i lona lapoʻa muamua. E le gata i lea, o le mini accelerator e oʻo lava i le setiina o se tala fou o le lalolagi i le telehertz accelerators, faʻaluaina le malosi o le eletise faʻapipiʻi. Na fa'apefea ona atia'e le tama'i fa'avavevave, o ā ta'iala fa'avae o lona fa'agaioiga, ma o ā mea na fa'aalia i su'esu'ega aogā? O le lipoti a le vaega suʻesuʻe o le a fesoasoani ia i matou e iloa ai lenei mea. Alu.
Fa'avae ole su'esu'ega
E tusa ai ma le tala a Dongfang Zhang ma ana uo i le DESY (Siamani Electron Synchrotron), oe na atiina ae le mini-accelerator, o punaoa eletise ultrafast e matua taua tele i le olaga o aso nei. O le tele oi latou e fa'aalia i vaila'au, atina'e fa'aeletonika ma su'esu'ega fa'asaienisi. O le fa'afitauli tele i laina fa'avavevave o lo'o i ai nei o lo'o fa'aogaina ai oscillator o le leitio o lo latou tau maualuga, fa'alavelave lavelave, ma le fa'aogaina o le eletise. Ma o ia faaletonu e matua faatapulaaina ai le maua o ia tekinolosi i se lautele lautele o tagata faaaoga.
O nei faʻafitauli manino o se faʻamalosiaga sili lea e atiaʻe ai masini o le tele ma le faʻaaogaina o le eletise e le mafua ai le mataʻutia.
Faatasi ai ma mea fou e fesoʻotaʻi i totonu o lenei alamanuia o le terahertz accelerators, o loʻo i ai le tele o "faamanuiaga":
- O lo'o fa'amoemoeina o galu pu'upu'u ma pu'upu'u pu'upu'u o fa'avevela terahertz o le a matua fa'ateleina ai le fa'ailoga malepe*, e mafua mai i le fanua, lea o le a faʻateleina le faʻasolosolo faʻasolosolo;
Malosi eletise* - fa'ateleina le malosi o lo'o iai nei pe a fa'aogaina se voli i luga atu o le ogaoga.
- o le i ai o auala aoga mo le faʻatupuina o le maualuga o le terahertz radiation e mafai ai ona tuʻufaʻatasia i totonu i le va o le eletise ma le faʻafefe;
- O auala masani e mafai ona faʻaaogaina e fatu ai ia masini, ae o latou tau, taimi gaosiga ma le tele o le a faʻaititia tele.
E talitonu saienitisi o la latou fa'avavevave terahertz milimita o se fetuutuuna'i i le va o fa'avavevave masani o lo'o avanoa nei ma micro-accelerators o lo'o atina'e, ae e tele mea fa'aletonu ona o le la'ititi la'ititi.
E le fa'afitia e le au su'esu'e le fa'atekonolosi fa'avavevave o terahertz ua leva ona atina'e. Ae ui i lea, i lo latou manatu, e tele lava vaega i lenei vaega e leʻi suʻesuʻeina, faʻataʻitaʻiina pe faʻatinoina.
I la latou galuega, lea o loʻo tatou iloiloina i aso nei, ua faʻaalia e saienitisi le gafatia o le STEAM (fa'a-vaega fa'aeletonika fa'avavevave ma fa'amanino) - se vaega fa'aeletonika fa'avavevave fa'aeletonika terahertz ma manipulator. O le STEAM e mafai ai ona fa'aitiitia le umi o le ave fa'aeletonika i lalo ifo-picosecond le umi, ma maua ai le fa'atonuga o le femtosecond i le vaega fa'avavevave.
Sa mafai ona ausia se fanua faatelevaveina o le 200 MV/m (MV - megavolt), lea e taitai atu ai i se faamaumauga terahertz saoasaoa o> 70 keV (kiloelectronvolt) mai le faaeletonika faʻapipiʻiina ma le malosi o le 55 keV. I lenei auala, na maua ai eletise faʻavavevave e oʻo atu i le 125 keV.
Fa'atulagaina o masini ma fa'atinoga
Ata Numera 1: ata o le masini o loʻo suʻesuʻeina.
Ata Nu. 1-2: a - ata o le fausia 5-layer vaega vaega fausaga, b - fua faatatau o le saoasaoa fuafuaina ma le itu o le electron propagation.
O ave eletise (55 keV) e gaosia mai fana eletise* ma fa'aofi i totonu o le terahertz STEAM-buncher (beam compressor), a mae'a ona latou pasi atu lea i le STEAM-linac (fa'aoso laina*).
fana faaeletonika* - o se masini mo le gaosia o se ave o electrons o le faatulagaga manaomia ma le malosi.
Fa'asetele laina* - o se mea fa'avavevave lea e na'o le tasi e ui atu ai ni vaega ninii i totonu o le fausaga, lea e fa'aeseese ai le fa'avavevave laina mai le ta'amilosaga (mo se fa'ata'ita'iga, le LHC).
E maua uma e masini STEAM ia pulupulu terahertz mai se leisa latalata-infrared (NIR) e tasi, lea e mu ai foi le photocathode o le fana eletise, e mafua ai le faʻaogaina i totonu i le va o le eletise ma le faʻavaveina o fanua. O pulusuli Ultraviolet mo le fa'aosoina o ata i le photocathode e fa'atupuina e ala i la'asaga soso'o se lua GVG* umi fa'avae ole malamalama latalata infrared. O lenei faagasologa e faaliliu muamua ai le pulusulu laser 1020 nm i le 510 nm ona sosoo ai lea ma le 255 nm.
GVG* (optical second harmonic generation) o le faagasologa o le tuufaatasia o photons o le taimi tutusa i le taimi o fegalegaleaiga ma se mea nonlinear, lea e taitai atu ai i le fausiaina o photons fou e faaluaina le malosi ma le taimi, faapea foi ma le afa o le galu.
O le vaega o totoe o le NIR laser beam ua vaevaeina i 4 beams, lea e faʻaaogaina e faʻatupu ai faʻamalosi faʻasolosolo tahertz e fa e ala i le faʻatupuina o eseesega o taimi ole intra-pulse.
O fatu terahertz e lua ona tu'uina atu lea i masini STEAM ta'itasi e ala i fausaga fa'atusa o pu e fa'asa'o ai le malosi terahertz i totonu o feso'ota'iga itulagi i le itu o le fa'alauteleina o le eletise.
A o'o atu le eletise i masini STEAM ta'itasi, e fa'aalia i vaega eletise ma maneta Lorentz malosi*.
Lorentz malosi* - le malosi o lo'o galue ai le eletise eletise i luga o se vaega ua molia.
I lenei tulaga, o le eletise eletise e nafa ma le saoasaoa ma le faʻaitiitia, ma o le mageta e mafua ai le faʻaogaina o le itu.
Ata #2
E pei ona tatou vaaia i ata 2 и 2b, I totonu o masini STEAM taʻitasi, o faʻalava terahertz e vaevaeina faʻasolosolo e ni laupepa manifinifi i ni laupepa eseese o le mafiafia, o ia mea taʻitasi e fai ma taʻiala galu, faʻafeiloaʻi vaega o le malosi atoa i le itulagi fegalegaleaiga. O lo'o i ai fo'i ipu dielectric i vaega ta'itasi e fa'amaopoopo le taimi e taunu'u ai le terahertz talotalo i luma* ma le pito i luma o electrons.
Lugagalu* - o le mea ua o'o i ai le galu.
O mea uma e lua a le STEAM o loʻo faʻaogaina i le eletise, o lona uiga, i se auala e faʻaoga ai se eletise eletise ma taofiofia se maneta i le ogatotonu o le vaega o fegalegaleaiga.
I le masini muamua, ua fa'atulagaina le eletise e pasia leai se laasia* terahertz fanua, lea e fa'ateleina ai le fa'asologa o taimi o le eletise eletise ma fa'aitiitia le va'aiga lautele.
Kolosi e leai* - o se tulaga e leai se vevesi.
O lenei faatulagaga e mafua ai ona faatelevave le siʻusiʻu o le uila eletise ma faʻaitiitia lona ulu, e mafua ai le tulimataʻi umi o le polo (2 и 2s).
I le masini lona lua, o le faʻamaopoopoina o le eletise ma le terahertz radiation ua faʻatulagaina ina ia oʻo i le uila eletise na o se taamilosaga le lelei o le fanua eletise terahertz. O lenei fa'atulagaga e maua ai le fa'avavevave fa'aauau (2b и 2d).
O le NIR leisa o se cryogenically cooled Yb: YLF faiga e maua ai pulses opitika o le 1.2 ps umi ma le 50 mJ malosi i le galu umi o le 1020 nm ma se fua faatatau toe fai o le 10 Hz. Ma terahertz pulses ma le ogatotonu o le 0.29 terahertz (vaitaimi o le 3.44 ps) e fa'atupuina e le auala fa'asaga i luma.
E fa'aola le STEAM-buncher (beam compressor) na'o le 2 x 50 nJ o le malosi terahertz na fa'aaogaina, ma le STEAM-linac (linear accelerator) e mana'omia le 2 x 15 mJ.
O le lautele o pu i totonu ma fafo o masini STEAM e lua e 120 microns.
O le compressor beam ua mamanuina ma ni laulau e tolu o le maualuga tutusa (0 mm), lea e faʻapipiʻiina i ipu silica fused (ϵr = 225) o le umi 4.41 ma le 0.42 mm e pulea ai le taimi. O le maualuga tutusa o le compressor layers e atagia ai le mea moni e leai se saoasaoa (2s).
Ae i le laina faʻavavevave o le maualuga ua uma ona ese - 0.225, 0.225 ma 0.250 mm (+ fused quartz plates 0.42 ma 0.84 mm). O le fa'atuputeleina o le maualuga o le laulau o lo'o fa'amatalaina ai le fa'ateleina o le saosaoa eletise i le taimi o le fa'avave.
Ua matauina e saienitisi o le numera o laulau e nafa tonu lava mo le gaioiga o masini taitasi e lua. O le ausiaina o fua faatatau maualuga o le saoasaoa, mo se faʻataʻitaʻiga, o le a manaʻomia ai le tele o laulau ma faʻasalalauga maualuga eseese e faʻamalieina ai fegalegaleaiga.
I'uga o su'ega fa'atino
Muamua, e faamanatu mai e le au suʻesuʻe e faapea, i le leitio faʻasalalau faʻasalalau masani, o le aʻafiaga o le tulaga faʻale-tino o le eletise eletise faʻapipiʻi i luga o meatotino o le faʻavaveina o le uila e mafua ona o le suiga i le eletise eletise na oʻo i le taimi o fegalegaleaiga a electrons eseese i totonu o le laʻau oʻo mai. i taimi eseese. O le mea lea, e mafai ona faʻamoemoeina o fanua e maualuga atu le gradients ma faʻalava ma umi umi o le a taʻitaʻia ai le salalau atu o le malosi. Fa'alava tui o le umi umi e mafai fo'i ona ta'ita'i atu i tau maualuluga tupe lafo*.
Emittance* - vase vaeluaga o lo'o nofoia e se ave fa'avavevave o ni mea'ai ua molia.
I le tulaga o le terahertz accelerator, o le vaitaimi o le faʻafiafiaga fanua e tusa ma le 200 taimi puupuu. O lea, vevesi* o le fanua lagolago o le a 10 taimi maualuga.
Malosiaga eletise* - o se faʻailoga o le eletise eletise, tutusa ma le fua faatatau o le malosi e faʻaaogaina i se faʻatonuga faʻamautu tuʻuina i se tulaga tuʻuina atu i totonu o le fanua i le tele o lenei tau.
O le mea lea, i totonu o se faʻavavevave terahertz, o le faʻaogaina o le fanua e maua e le eletise e mafai ona tele ni faʻatonuga o le maualuga maualuga atu nai lo se masini masani. Ole fua ole taimi e iloa ai le pupuni ole fanua ole a matua la'ititi lava. E mulimuli mai i lenei mea o le umi o le faʻafeiloaʻi eletise eletise o le a sili atu ona faʻaalia.
Na filifili saienitisi e faʻataʻitaʻi nei aʻoaʻoga i le faʻatinoga. Ina ia faia lenei mea, na latou faʻafeiloaʻi faʻailoga eletise o taimi eseese, lea na pulea e le faʻamalosi e faʻaaoga ai le masini STEAM muamua (STEAM-buncher).
Ata #3
I le tulaga lea e leʻi fesoʻotaʻi le compressor i se puna eletise, o ave o le eletise (55 keV) ma le tau o le ~ 1 fC (femtocoulomb) na pasia pe tusa ma le 300 mm mai le fana eletise i le masini faʻavave laina (STEAM-linac). O nei eletise e mafai ona faʻalauteleina i lalo o le faʻaogaina o malosiaga tau avanoa e oʻo atu i le umi o le sili atu i le 1000 fs (femtoseconds).
I lenei umi, o le uila eletise na nofoia e uiga i le 60% o le afa-umi o le galu faʻavavevave i le taimi ole 1,7 ps, e mafua ai le faʻaogaina o le alaleo o le malosi ma le tumutumu i le 115 keV ma le afa-lautele o le tufatufaina atu o le malosi. sili atu i le 60 keV (3).
Ina ia faʻatusatusa nei faʻaiʻuga ma mea na faʻamoemoeina, o le tulaga o le faʻaogaina o le eletise e ala i se laina faʻavavevave na faʻataʻitaʻiina pe a le ogatasi le eletise ma (e pei o le, le ogatasi ma) le taimi sili ona lelei tui. O faʻatusatusaga o lenei tulaga na faʻaalia ai o le faʻatupulaia o le eletise eletise e faʻalagolago tele i le taimi o le tui, i lalo i le subpicosecond time scale (3b). O lona uiga, faʻatasi ai ma se faʻatulagaga sili ona lelei, o le a maua e le eletise le afa atoa o le faʻavavevave faʻavelaina o le terahertz i vaega taʻitasi (3s).
Afai e o'o mai le eletise i taimi eseese, latou te iloa le fa'aitiitia o le fa'avavevave i le vaega muamua, lea e umi ai le latou malaga i totonu. O le desynchronization ona faʻateleina lea i vaega nei, ma mafua ai le faʻagesegese le manaʻomia (3d).
Ina ia faʻaitiitia le aʻafiaga leaga o le faʻaopoopoga faaletino o le uila eletise, o le masini STEAM muamua na faʻaogaina i le faʻaogaina o le faʻaogaina. O le umi o le uila eletise i le linac na sili ona lelei i se laʻititi o le ~ 350 fs (afa lautele) e ala i le faʻaogaina o le malosi terahertz na tuʻuina atu i le compressor ma fesuiaʻi le linac i le faʻaogaina o le ala (4b).
Ata #4
Ole umi ole la'au la'ititi na fa'atulagaina e tusa ai ma le umi ole photocathode UV pulse, lea e ~ 600 fs. O le mamao i le va o le compressor ma le fasimea na faia foi se sao taua, lea na faatapulaaina ai le saoasaoa o le malosi mafiafia. Fa'atasi, o nei faiga e mafai ai ona sa'o femtosecond i le vaega tui ole vaega fa'avavevave.
I le ata 4 e mafai ona iloa o le salalau o le malosi o le compressed beam electron ina ua uma optimized faavavevave i se laina accelerator faaitiitia e ~ 4 taimi faatusatusa i le uncompressed. Ona o le fa'avavevave, o le alaleo o le malosi o le la'au compressed ua si'i atu i le malosi maualuga, e fa'atusatusa i le la'au e le'i fa'apipi'iina. O le pito i luga ole alaleo ole malosi pe a uma le saoasaoa e tusa ma le 115 keV, ma le siʻusiʻu maualuga-malosi e oʻo ile 125 keV.
O nei fuainumera, e tusa ai ma faʻamatalaga tauagafau a saienitisi, o se faʻamaumauga faʻavavevave fou (aʻo leʻi faʻavave le 70 keV) i le terahertz range.
Ae ina ia faʻaitiitia le faʻasalalauina o le malosi (4), e tatau ona maua se ave e sili atu ona puupuu.
Ata #5
I le tulaga o se faʻaulu faʻafeiloaʻi e leʻi faʻapipiʻiina, o le faʻalagolago i le parabolic o le lapopoa o le laʻau i luga o le taimi nei e faʻaalia ai le faʻafefe o le felauaiga i luga o le laina faʻasolosolo ma faʻasaga i luga: εx, n = 1.703 mm * mrad ma εy, n = 1.491 mm * mrad (5).
O le fa'amalosi, i le isi itu, na fa'aleleia atili ai le fe'avea'i fa'asaga i le 6 taimi i le εx,n = 0,285 mm*mrad (fa'asagaga) ma le εy,n = 0,246 mm*mrad (tutusa).
E taua le matauina o le tikeri o le faʻaitiitia o le emittance e tusa ma le faaluaina le tele nai lo le tikeri o le faʻaitiitia o le umi o le beam, o se fua lea o le nonlinearity o le faʻamalosia o fegalegaleaiga ma le taimi e maua ai e electrons le malosi o le taulaʻi ma le faʻaleagaina o le mageta i le taimi o le saoasaoa (5b и 5s).
I le ata 5b E mafai ona iloa o electrons faʻafeiloaʻi i le taimi sili ona lelei e iloa ai le afa atoa o le faʻavaveina o le eletise. Ae o le eletise e taunuu mai i luma poʻo le maeʻa o le taimi sili ona lelei e iloa ai le faʻaitiitia o le saoasaoa ma e oʻo lava i le paʻu o le vaega. O ia electrons e iu ina maua le itiiti ifo o le malosi, pe a tautala.
O se tulaga faapena e matauina pe a aafia i se maneta. O eletise e tui i le taimi sili ona lelei e o'o i le aofa'i tutusa o maneta lelei ma le leaga. Afai o le faʻaofiina o electrons na tupu aʻo leʻi oʻo i le taimi sili ona lelei, ona sili atu lea o fanua lelei ma itiiti mea leaga. Afai e faʻafeiloaʻi le eletise i se taimi mulimuli ane nai lo le taimi sili ona lelei, o le a itiiti ifo le lelei ma sili atu le leaga (5s). Ma o ia deviations e taitai atu ai i le mea moni e mafai ona alu ese le electron i le agavale, taumatau, luga po o lalo, e faalagolago i lona tulaga e faatatau i le axis, lea e taitai atu ai i le faateleina o le malosi transverse e fetaui ma le taulaiga po o le defocusing o le ave.
Mo se faʻamatalaga auiliili o le nuances o le suʻesuʻega, ou te fautuaina le vaʻai i и ia te ia.
Epilogue
I se aotelega, o le a faʻateleina le faʻatinoga o le faʻavavevave pe a faʻaitiitia le umi o le uila eletise. I lenei galuega, o le umi e mafai ona ausia na faʻatapulaʻaina e le geometry o le faʻapipiʻi. Ae, i le talitonuga, o le umi o le uila e mafai ona oʻo i lalo ifo o le 100 fs.
Ua matauina foi e saienitisi e mafai ona faʻaleleia atili le lelei o le laʻau e ala i le faʻaitiitia o le maualuga o faʻamau ma faʻateleina a latou numera. Ae ui i lea, o lenei metotia e leai ni faʻafitauli, aemaise lava le faʻateleina o le lavelave o le gaosiga o le masini.
O lenei galuega o le laasaga muamua lea o se suʻesuʻega sili atu ona lautele ma auʻiliʻili o se faʻataʻitaʻiga laʻititi o se laina faʻavave. E ui i le mea moni o le faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga ua uma ona faʻaalia iʻuga sili ona lelei, lea e mafai ona taʻua saʻo le talepeina o faamaumauga, o loʻo i ai pea le tele o galuega e fai.
Faafetai mo le faitau, nofo fiailoa ma ia manuia le vaiaso tama! 🙂
Faafetai mo le nofo faatasi ma i matou. E te fiafia i a matou tala? E te mana'o e va'ai i mea e sili atu ona manaia? Lagolago i matou e ala i le tuʻuina atu o se faʻatonuga pe fautuaina i uo, 30% faʻaitiitiga mo tagata faʻaoga Habr i luga o se faʻatusa tulaga ese o faʻaumau tulaga ulufale, lea na matou faia mo oe: (avanoa ma RAID1 ma RAID10, e oʻo atu i 24 cores ma oʻo atu i le 40GB DDR4).
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