Molao-motheo o tloaelehileng oa “ho ba matla haholoanyane” ke khale o thehiloe mafapheng a mangata a sechaba, ho akarelletsa saense le theknoloji. Leha ho le joalo, linneteng tsa morao-rao, ts'ebetsong e sebetsang ea poleloana "e nyenyane, empa e matla" e ntse e eketseha haholoanyane. Sena se bonahala ka bobeli lik'homphieutheng, tseo pele li neng li nka kamore eohle, empa hona joale li lekana ka seatleng sa ngoana, le ka li-accelerator tse qosoang. E, hopola Large Hadron Collider (LHC), eo litekanyo tsa eona tse tsotehang (26 m ka bolelele) li bontšitsoeng ka ho toba lebitsong la eona? Kahoo, sena e se e ntse e le ntho ea nakong e fetileng ho ea ka bo-rasaense ba DESY, ba entseng phetolelo e nyenyane ea accelerator, e seng e tlaase ho ts'ebetso ho ea pele ho eona e feletseng. Ho feta moo, accelerator e nyane e bile e beha rekoto e ncha ea lefats'e har'a li-accelerator tsa terahertz, e imenne habeli matla a lielektrone tse kentsoeng. Sehlahisoa se senyenyane sa accelerator se ile sa ntlafatsoa joang, melao-motheo ea motheo ea tšebetso ea sona ke efe, ’me liteko tse sebetsang li bontšitse eng? Tlaleho ea sehlopha sa lipatlisiso e tla re thusa ho tseba ka sena. Eya.
Motheo oa lipatlisiso
Ho ea ka Dongfang Zhang le basebetsi-'moho le eena ho DESY (German Electron Synchrotron), ba thehileng mini-accelerator, mehloli ea elektronike ea ultrafast e bapala karolo ea bohlokoa haholo bophelong ba sechaba sa kajeno. Tse ngata tsa tsona li hlaha litabeng tsa bongaka, nts'etsopele ea elektronike le lipatlisiso tsa saense. Bothata bo boholo ka li-accelerator tsa hajoale tse sebelisang li-oscillator tsa seea-le-moea ke theko ea tsona e phahameng, meaho e rarahaneng, le ts'ebeliso e ntle ea matla. 'Me mefokolo e joalo e fokotsa haholo boteng ba mahlale a joalo ho palo e pharalletseng ea basebelisi.
Mathata ana a totobetseng ke tšusumetso e kholo ea ho hlahisa lisebelisoa tseo boholo ba tsona le tšebeliso ea matla li ke keng tsa baka tšabo.
Har'a lintho tse ncha tse amanang le indasteri ena ke li-accelerator tsa terahertz, tse nang le "melemo" e mengata:
- Ho lebeletsoe hore maqhubu a makhutšoane le maqhubu a makhutšoane a mahlaseli a terahertz a tla eketsa haholo moeli tšenyeho*, e bakoang ke tšimo, e tla eketsa li-gradients tsa ho potlakisa;
Ho senyeha ha motlakase* - keketseho e matla ea matla a hona joale ha ho sebelisoa motlakase o ka holimo ho bohlokoa.
- ho ba teng ha mekhoa e sebetsang ea ho hlahisa mahlaseli a mahlaseli a terahertz a phahameng a lumella ho lumellana ka hare pakeng tsa li-electrone le masimo a tsosang takatso;
- Mekhoa ea khale e ka sebelisoa ho theha lisebelisoa tse joalo, empa litšenyehelo tsa bona, nako ea tlhahiso le boholo ba tsona li tla fokotseha haholo.
Bo-rasaense ba lumela hore li-accelerator tsa bona tsa millimeter-scale terahertz ke ho sekisetsa pakeng tsa li-accelerator tse tloaelehileng tse teng hona joale le li-micro-accelerator tse ntseng li ntlafatsoa, empa li na le mathata a mangata ka lebaka la litekanyo tsa tsona tse nyenyane haholo.
Bafuputsi ha ba hane hore theknoloji ea ho potlakisa terahertz esale e ntse e ntlafatsoa ka nako e telele. Leha ho le joalo, ho ea ka maikutlo a bona, ho ntse ho e-na le lintlha tse ngata sebakeng sena tse e-s'o ithutoe, li lekoa kapa tsa kenngoa ts'ebetsong.
Mosebetsing oa bona, oo re o nahanang kajeno, bo-ramahlale ba bonts'a bokhoni ba STEAM (segmented terahertz electron accelerator le manipulator) - accelerator ea elektronike ea terahertz e arohaneng le manipulator. STEAM e etsa hore ho khonehe ho fokotsa bolelele ba lebone la elektronike ho nako ea sub-picosecond, ka hona e fana ka taolo ea femtosecond holim'a mohato oa ho potlakisa.
Ho ne ho ka khoneha ho finyella tšimo ea ho potlakisa 200 MV / m (MV - megavolt), e lebisang ho rekoto ea terahertz e potlakisang > 70 keV (kiloelectronvolt) ho tloha sefate sa elektronike se kentsoeng ka matla a 55 keV. Ka tsela ena, li-electrone tse potlakileng ho fihlela ho 125 keV li ile tsa fumanoa.
Sebopeho sa sesebelisoa le ts'ebetsong
Setšoantšo sa No. 1: setšoantšo sa sesebelisoa se ntseng se ithutoa.
Setšoantšo sa No. 1-2: a - sets'oants'o sa sebopeho sa likarolo tse 5 tse tsoetseng pele, b - karo-karolelano ea ho potlakisa ho baloang le tataiso ea ho phatlalatsoa ha elektronike.
Mabala a elektrone (55 keV) a hlahisoa ho tloha sethunya sa elektrone* 'me li kenngoa ka har'a terahertz STEAM-buncher (beam compressor), ka mor'a moo li fetela ho STEAM-linac (lebelo la mola*).
sethunya sa elektrone* - sesebelisoa sa ho hlahisa lebone la lielektrone tsa tlhophiso le matla a hlokahalang.
Linear accelerator* - accelerator eo ho eona likaroloana tse qosoang li fetang ka har'a sebopeho hanngoe feela, tse khethollang lebelo la mola ho tloha ho cyclic (mohlala, LHC).
Lisebelisoa ka bobeli tsa STEAM li fumana terahertz pulses ho tsoa ho laser e le 'ngoe e haufi le infrared (NIR), eo hape e thunyang photocathode ea sethunya sa elektrone, e leng se bakang khokahanyo ea kahare lipakeng tsa lielektrone le masimo a potlakisang. Li-pulse tsa Ultraviolet bakeng sa photoemission ho photocathode li hlahisoa ka mekhahlelo e 'meli e latellanang GVG* maqhubu a motheo a kganya e haufi le infrared. Ts'ebetso ena e fetolela 1020 nm laser pulse pele ho 510 nm ebe ho 255 nm.
GVG* (optical second harmonic generation) ke mokhoa oa ho kopanya li-photon tsa maqhubu a tšoanang nakong ea ho sebelisana le thepa e sa tsitsang, e lebisang ho thehoeng ha li-photon tse ncha tse nang le matla le makhetlo a mabeli, hammoho le halofo ea leqhubu.
Karolo e setseng ea beam ea laser ea NIR e arotsoe ka maballo a 4, a sebelisetsoang ho hlahisa li-pulse tsa terahertz tse 'ne tsa potoloho e le' ngoe ka ho hlahisa phapang ea maqhubu a intra-pulse.
Methapo e 'meli ea terahertz e ntan'o isoa sesebelisoa se seng le se seng sa STEAM ka meaho ea lenaka e lekanang e lebisang matla a terahertz sebakeng sa tšebelisano ho pholletsa le tsela ea phatlalatso ea elektrone.
Ha lielektrone li kena sesebelisoa se seng le se seng sa STEAM, li pepesehela likarolo tsa motlakase le tsa makenete Lorentz forces*.
Lorentz force* - matla ao sebaka sa makenete ea motlakase se sebetsang ka sona holim'a karolo e qosoang.
Tabeng ena, sebaka sa motlakase se ikarabella bakeng sa ho potlakisa le ho fokotseha, 'me matla a khoheli a baka ho kheloha ka lehlakoreng le leng.
Setšoantšo #2
Joalokaha re bona litšoantšong 2 и 2b, Ka har'a sesebelisoa se seng le se seng sa STEAM, maballo a terahertz a arotsoe ka ho fapanyetsana ka lipampiri tse tšesaane tsa tšepe ka likarolo tse 'maloa tsa botenya bo fapaneng, e' ngoe le e 'ngoe e sebetsa e le waveguide, e fetisetsa karolo ea matla a kakaretso sebakeng sa ho sebelisana. Ho boetse ho na le lipoleiti tsa dielectric mokatong o mong le o mong ho hokahanya nako ea ho fihla ha terahertz wave front* ka bokapele ba dieleketerone.
Wavefront* - sebaka seo leqhubu le fihlileng ho sona.
Lisebelisoa ka bobeli tsa STEAM li sebetsa ka mokhoa oa motlakase, ke hore, ka tsela ea ho qobella matla a motlakase le ho hatella matla a khoheli bohareng ba sebaka sa ho sebelisana.
Sesebelisoa sa pele, lielektrone li beheloa nako hore li fete ho tšela zero* lebala la terahertz, moo li-gradients tsa nako tsa sebaka sa motlakase li ntseng li eketseha 'me sebaka se tloaelehileng se fokotsehile.
Zero crossing* - ntlha moo ho se nang tsitsipano.
Sebopeho sena se etsa hore mohatla oa sefate sa elektronike se potlake 'me hlooho ea sona e fokotsehe, e leng se fellang ka ho tsepamisa mohopolo oa longitudinal.2 и 2s).
Sesebelisoa sa bobeli, ho lumellana ha mahlaseli a elektronike le terahertz ho behiloe e le hore sefate sa elektronike se fumane feela potoloho e mpe ea tšimo ea motlakase ea terahertz. Tokiso ena e fella ka ho potlakisa ho tsoelang pele (2b и 2d).
Laser ea NIR ke cryogenically cooled Yb: YLF system e hlahisang li-pulses tsa optical tsa 1.2 ps nako le matla a 50 mJ ka leqhubu la 1020 nm le sekhahla sa ho pheta-pheta sa 10 Hz. 'Me li-pulses tsa terahertz tse nang le maqhubu a bohareng a 0.29 terahertz (nako ea 3.44 ps) li hlahisoa ke mokhoa oa pele oa pulse.
Ho matlafatsa STEAM-buncher (beam compressor) ho sebelisitsoe matla a 2 x 50 nJ a terahertz feela, 'me STEAM-linac (linear accelerator) e ne e hloka 2 x 15 mJ.
Bophara ba masoba a kenang le a ho tsoa a lisebelisoa ka bobeli tsa STEAM ke li-microns tse 120.
The compressor beam e entsoe ka likarolo tse tharo tsa bolelele bo lekanang (0 mm), tse nang le lipoleiti tsa silica tse kopantsoeng (ϵr = 225) tsa bolelele ba 4.41 le 0.42 mm ho laola nako. Bophahamo bo lekanang ba likarolo tsa compressor bo bonts'a taba ea hore ha ho na ho potlakisa (2s).
Empa ka accelerator linear bophahamo ba se a ntse a fapaneng - 0.225, 0.225 le 0.250 limilimithara (+ fused quartz lipoleiti 0.42 le 0.84 limilimithara). Ho eketseha ha bophahamo ba lera ho hlalosa ho eketseha ha lebelo la lielektrone nakong ea ho potlakisa.
Bo-rasaense ba hlokomela hore palo ea lihlopha e ikarabella ka ho toba bakeng sa ts'ebetso ea e 'ngoe le e' ngoe ea lisebelisoa tse peli. Ho finyella litekanyetso tse phahameng tsa ho potlakisa, mohlala, ho tla hloka mekhahlelo e mengata le litlhophiso tse fapaneng tsa bophahamo ho ntlafatsa tšebelisano.
Liphetho tsa liteko tse sebetsang
Taba ea pele, bafuputsi ba hopotsa hore ho li-accelerator tse tloaelehileng tsa seea-le-moea, phello ea tekanyo ea nakoana ea lebone la elektronike le kentsoeng ka thepa e potlakileng e bakoa ke phetoho ea tšimo ea motlakase e bileng teng nakong ea ho sebelisana ha li-elektronike tse fapaneng ka har'a sefate se fihlang. ka nako tse fapaneng. Kahoo, ho ka lebelloa hore masimo a nang le likhahla tse phahameng le maballo a nang le nako e telele a tla lebisa ho ata ha matla a maholo. Mabala a entetsoeng ka nako e telele a ka boela a lebisa ho litekanyetso tse phahameng emittance*.
Emittance* - sebaka sa mokhahlelo se hapiloeng ke khanya e potlakileng ea likaroloana tse qosoang.
Tabeng ea accelerator ea terahertz, nako ea sebaka sa ho hlasimolla e batla e le khutšoanyane ka makhetlo a 200. Ka hona, tsitsipano* tšimo e tšehetsoeng e tla ba makhetlo a 10 holimo.
Matla a sebaka sa motlakase* - sesupo sa sebaka sa motlakase, se lekanang le karo-karolelano ea matla a sebelisoang ho tefiso ea ntlha e emeng e behiloeng sebakeng se fanoeng tšimong ho ea ka boholo ba tefiso ena.
Kahoo, ka accelerator ea terahertz, li-gradients tsa tšimo tse fumanoang ke li-electrone li ka ba litaelo tse 'maloa tsa boholo bo phahameng ho feta mochine o tloaelehileng. Sekhahla sa nako seo ho kobeha ha tšimo ho bonahala ho tla ba nyane haholo. Ho latela ho tsoa ho sena hore nako ea sefate sa elektronike se hlahisitsoeng se tla ba le phello e hlakileng haholoanyane.
Bo-rasaense ba ile ba etsa qeto ea ho leka likhopolo tsena ka mokhoa o sebetsang. Ho etsa sena, ba ile ba hlahisa maballo a elektrone a nako e fapaneng, a neng a laoloa ka ho hatella ho sebelisa sesebelisoa sa pele sa STEAM (STEAM-buncher).
Setšoantšo #3
Tabeng eo konpressor e neng e sa hokeloa mohloling oa matla, maballo a lielektrone (55 keV) a nang le tefiso ea ~1 fC (femtocoulomb) a fetile hoo e ka bang 300 mm ho tloha sethunya sa elektrone ho ea ho sesebelisoa sa accelerator (STEAM-linac). Li-electrone tsena li ka hola tlas'a tšusumetso ea matla a tefiso ea sebaka ho fihlela nako e fetang 1000 fs (femtoseconds).
Ka nako ena, lebone la elektrone le ne le nka hoo e ka bang 60% ea halofo ea bolelele ba sebaka se potlakisang ka makhetlo a 1,7 ps, e leng se ileng sa etsa hore ho be le matla a matla a morao-rao a nang le tlhōrō ea 115 keV le halofo ea bophara ba kabo ea matla. matla a fetang 60 keV (3).
Ho bapisa liphetho tsena le tse lebelletsoeng, boemo ba ho phatlalatsoa ha elektrone ka lebelo la ho potlakisa mela bo ile ba etsisoa ha lielektrone li sa lumellane le (ke hore, ha li lumellane le) nako e nepahetseng ea ente. Lipalo tsa boemo bona li bonts'itse hore keketseho ea matla a elektronike e itšetlehile haholo ka nako ea ente, ho ea ho subpicosecond time scale (3b). Ka mantsoe a mang, ka boemo bo nepahetseng, elektrone e tla ba le halofo e felletseng ea ho potlakisa mahlaseli a terahertz karolong e 'ngoe le e 'ngoe (3s).
Haeba lielektrone li fihla ka linako tse fapaneng, li na le ho potlakisa ho fokolang karolong ea pele, e leng se etsang hore li nke nako e telele ho tsamaea ho eona. Desynchronization e ea eketseha ka mekhahlelo e latelang, e baka ho fokotseha ho sa batleheng (3d).
E le ho fokotsa phello e mpe ea katoloso ea nakoana ea sefate sa elektronike, sesebelisoa sa pele sa STEAM se ne se sebetsa ka mokhoa oa ho hatella. Nako ea lebone la elektronike ho linac e ile ea ntlafatsoa hore e be bonyane ~ 350 fs (halofo ea bophara) ka ho lokisa matla a terahertz a fanoang ho compressor le ho fetola linac ho hatch mode.4b).
Setšoantšo #4
Nako e fokolang ea nako e ne e behiloe ho latela nako ea leqhubu la photocathode UV pulse, e neng e le ~ 600 fs. Sebaka se pakeng tsa compressor le strip le sona se ile sa phetha karolo ea bohlokoa, e neng e fokotsa lebelo la matla a teteaneng. Ka kopanelo, mehato ena e thusa ho nepahala ha femtosecond karolong ea ente ea mohato oa ho potlakisa.
Setšoantšong 4 Hoa hlokomeleha hore ho ata ha matla a sefate sa elektronike se hatelitsoeng ka mor'a ho potlakisa ho potlakisa lebelo ho fokotseha ka makhetlo a ~ 4 ha ho bapisoa le e sa hatelloang. Ka lebaka la ho potlakisa, mahlahahlaha a matla a sepakapaka se hatelitsoeng a fetisetsoa ho matla a phahameng, ho fapana le lebone le sa hatelletsoeng. Tlhōrō ea matla a matla ka mor'a ho potlakisa hoo e ka bang 115 keV, 'me mohatla o matla o fihla hoo e ka bang 125 keV.
Lipalo tsena, ho ea ka polelo e itekanetseng ea bo-rasaense, ke tlaleho e ncha ea ho potlakisa (pele ho potlakisa e ne e le 70 keV) ka har'a terahertz.
Empa e le ho fokotsa ho hasana ha matla (4), ho tlameha ho finyelloe palo e khuts'oane le ho feta.
Setšoantšo #5
Tabeng ea seketsoana se hlahisitsoeng se sa hatelletsoeng, ho itšetleha ka parabolic ea boholo ba sefate hona joale ho senola phallo e pharalletseng ka litsela tse rapameng le tse otlolohileng: εx,n = 1.703 mm*mrad le εy,n = 1.491 mm*mrad (5).
Khatello, ka lehlakoreng le leng, e ntlafalitse phallo e pharalletseng ka makhetlo a 6 ho isa ho εx,n = 0,285 mm*mrad (e rapameng) le εy,n = 0,246 mm*mrad (tse otlolohileng).
Ke habohlokoa ho hlokomela hore tekanyo ea phokotso ea emittance e batla e le kholo ka makhetlo a mabeli ho feta tekanyo ea phokotso ea nako ea beam, e leng tekanyo ea ho se lumellane ha matla a ho sebelisana le nako eo lielektrone li nang le phihlelo e matla ea ho tsepamisa maikutlo le ho fokotseha ha matla a khoheli nakong ea ho potlakisa.5b и 5s).
Setšoantšong 5b Ho ka bonoa hore li-electrone tse hlahisitsoeng ka nako e nepahetseng li na le phihlelo ea halofo ea potoloho ea lebelo la motlakase. Empa lielektrone tse fihlang pele kapa ka morao ho nako e nepahetseng li na le ho potlakisa ho fokolang esita le ho fokotseha ho itseng. Li-electrone tse joalo li qetella li e-na le matla a fokolang, ha re bua ka mokhoa o batlang.
Boemo bo tšoanang bo hlokomeloa ha u pepesehetse matla a khoheli. Lielektrone tse kenngoeng ka nako e nepahetseng li fumana palo e lekanang ea likarolo tse ntle le tse mpe tsa makenete. Haeba kenyelletso ea li-electrone e etsahetse pele ho nako e nepahetseng, joale ho ne ho e-na le masimo a matle le a fokolang a fokolang. Haeba lielektrone li hlahisoa hamorao ho feta nako e nepahetseng, ho tla ba le tse fokolang le tse mpe ho feta (5s). Le ho kheloha joalo lebisa ho 'nete ea hore elektrone ka kheloha ho le letšehali, ho le letona, holimo kapa tlaase, ho itšetlehile ka boemo ba eona e amanang le axis, e leng isang ho eketseha ka lebelo le pota-potileng e tsamaisanang le ho tsepamisa maikutlo kapa defocusing ea sefate.
Bakeng sa ho tseba haholoanyane ka li-nuances tsa thuto, ke khothaletsa ho sheba и ho eena.
Epilogue
Ka kakaretso, ts'ebetso ea accelerator e tla eketseha haeba nako ea sefate sa elektronike e fokotsehile. Mosebetsing ona, nako ea borali e ka finyelloang e ne e lekanyelitsoe ke geometry ea ho kenya. Empa, ka khopolo, nako ea beam e ka fihla tlase ho 100 fs.
Bo-rasaense ba boetse ba hlokomela hore boleng ba sefate bo ka ntlafatsoa ka ho eketsehileng ka ho fokotsa bophahamo ba lihlopha le ho eketsa palo ea bona. Leha ho le joalo, mokhoa ona ha o na mathata, haholo-holo ho rarahana ho eketsehileng ha ho etsa sesebelisoa.
Mosebetsi ona ke mohato oa pele oa boithuto bo batsi le bo qaqileng haholoanyane ba mofuta o monyane oa accelerator ea mola. Ho sa tsotellehe taba ea hore phetolelo e lekiloeng e se e ntse e bontša liphello tse babatsehang, tseo ka nepo li ka bitsoang ho senya rekoto, ho ntse ho e-na le mosebetsi o mongata o lokelang ho etsoa.
Ke leboha tlhokomelo ea hau, lula u labalabela ho tseba 'me u be le beke e monate bohle! 🙂
Kea leboha ka ho lula le rona. Na u rata lingoliloeng tsa rona? U batla ho bona litaba tse ling tse khahlisang? Re tšehetse ka ho etsa odara kapa ho khothaletsa metsoalle, Theolelo ea 30% bakeng sa basebelisi ba Habr ho analog e ikhethang ea li-server tsa boemo ba ho kena, e iqapetsoeng ke rona bakeng sa hau: (e fumaneha ka RAID1 le RAID10, ho fihla ho li-cores tse 24 le ho fihla ho 40GB DDR4).
Dell R730xd makhetlo a 2 ka theko e tlase? Ke mona feela naheng ea Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ho tloha $99! Bala ka
Source: www.habr.com