సైన్స్ మరియు టెక్నాలజీతో సహా సమాజంలోని అనేక రంగాలలో "మరింత శక్తివంతమైనది" అనే సుపరిచితమైన సూత్రం చాలా కాలంగా స్థాపించబడింది. అయినప్పటికీ, ఆధునిక వాస్తవాలలో, "చిన్న, కానీ బోల్డ్" సామెత యొక్క ఆచరణాత్మక అమలు మరింత సాధారణం అవుతోంది. ఇది మునుపు మొత్తం గదిని తీసుకున్న కంప్యూటర్లలో, కానీ ఇప్పుడు పిల్లల అరచేతిలో మరియు చార్జ్డ్ పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్లలో రెండింటిలోనూ వ్యక్తమవుతుంది. అవును, లార్జ్ హాడ్రాన్ కొలైడర్ (LHC) గుర్తుందా, దీని ఆకట్టుకునే కొలతలు (26 మీ పొడవు) అక్షరాలా దాని పేరులో సూచించబడ్డాయి? కాబట్టి, యాక్సిలరేటర్ యొక్క సూక్ష్మ సంస్కరణను అభివృద్ధి చేసిన DESY శాస్త్రవేత్తల ప్రకారం ఇది ఇప్పటికే గతానికి సంబంధించినది, ఇది దాని పూర్తి-పరిమాణ పూర్వీకుల పనితీరులో తక్కువ కాదు. అంతేకాకుండా, మినీ యాక్సిలరేటర్ టెరాహెర్ట్జ్ యాక్సిలరేటర్లలో కొత్త ప్రపంచ రికార్డును కూడా నెలకొల్పింది, ఎంబెడెడ్ ఎలక్ట్రాన్ల శక్తిని రెట్టింపు చేసింది. సూక్ష్మ యాక్సిలరేటర్ ఎలా అభివృద్ధి చేయబడింది, దాని ఆపరేషన్ యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాలు ఏమిటి మరియు ఆచరణాత్మక ప్రయోగాలు ఏమి చూపించబడ్డాయి? దీని గురించి తెలుసుకోవడానికి పరిశోధనా బృందం యొక్క నివేదిక మాకు సహాయం చేస్తుంది. వెళ్ళండి.
పరిశోధన ఆధారం
మినీ-యాక్సిలరేటర్‌ను అభివృద్ధి చేసిన DESY (జర్మన్ ఎలక్ట్రాన్ సింక్రోట్రోన్)లో డాంగ్‌ఫాంగ్ జాంగ్ మరియు అతని సహచరుల ప్రకారం, ఆధునిక సమాజ జీవితంలో అల్ట్రాఫాస్ట్ ఎలక్ట్రాన్ మూలాలు చాలా ముఖ్యమైన పాత్రను పోషిస్తాయి. వాటిలో చాలా వరకు ఔషధం, ఎలక్ట్రానిక్స్ అభివృద్ధి మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధనలలో కనిపిస్తాయి. రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ ఓసిలేటర్‌లను ఉపయోగించే ప్రస్తుత లీనియర్ యాక్సిలరేటర్లలో అతిపెద్ద సమస్య వాటి అధిక ధర, సంక్లిష్టమైన మౌలిక సదుపాయాలు మరియు ఆకట్టుకునే విద్యుత్ వినియోగం. మరియు అటువంటి లోపాలు అటువంటి సాంకేతికతల లభ్యతను విస్తృత శ్రేణి వినియోగదారులకు బాగా పరిమితం చేస్తాయి.
ఈ స్పష్టమైన సమస్యలు వాటి పరిమాణం మరియు విద్యుత్ వినియోగం భయానకతను కలిగించని పరికరాలను అభివృద్ధి చేయడానికి గొప్ప ప్రోత్సాహకం.
ఈ పరిశ్రమలోని సాపేక్ష వింతలలో టెరాహెర్ట్జ్ యాక్సిలరేటర్లు ఉన్నాయి, ఇవి అనేక "ప్రయోజనాలు" కలిగి ఉన్నాయి:
- టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్ యొక్క చిన్న తరంగాలు మరియు చిన్న పల్స్ థ్రెషోల్డ్‌ను గణనీయంగా పెంచుతుందని అంచనా వేయబడింది విచ్ఛిన్నం*, ఫీల్డ్ వలన, ఇది త్వరణం ప్రవణతలను పెంచుతుంది;
విద్యుత్ బ్రేక్‌డౌన్* - క్రిటికల్ పైన వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు ప్రస్తుత బలంలో పదునైన పెరుగుదల.
- అధిక-క్షేత్ర టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి సమర్థవంతమైన పద్ధతుల ఉనికి ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ఉత్తేజిత క్షేత్రాల మధ్య అంతర్గత సమకాలీకరణను అనుమతిస్తుంది;
- అటువంటి పరికరాలను రూపొందించడానికి సాంప్రదాయ పద్ధతులను ఉపయోగించవచ్చు, కానీ వాటి ఖర్చు, ఉత్పత్తి సమయం మరియు పరిమాణం బాగా తగ్గుతాయి.
శాస్త్రవేత్తలు తమ మిల్లీమీటర్-స్కేల్ టెరాహెర్ట్జ్ యాక్సిలరేటర్ ప్రస్తుతం అందుబాటులో ఉన్న సంప్రదాయ యాక్సిలరేటర్లు మరియు అభివృద్ధి చేయబడుతున్న మైక్రో-యాక్సిలరేటర్‌ల మధ్య రాజీ అని నమ్ముతారు, అయితే వాటి చిన్న కొలతలు కారణంగా అనేక ప్రతికూలతలు ఉన్నాయి.
టెరాహెర్ట్జ్ యాక్సిలరేషన్ టెక్నాలజీ కొంతకాలంగా అభివృద్ధిలో ఉందని పరిశోధకులు ఖండించలేదు. అయినప్పటికీ, వారి అభిప్రాయం ప్రకారం, ఈ ప్రాంతంలో అధ్యయనం చేయని, పరీక్షించబడని లేదా అమలు చేయని అనేక అంశాలు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి.
ఈ రోజు మనం పరిశీలిస్తున్న వారి పనిలో, శాస్త్రవేత్తలు STEAM యొక్క సామర్థ్యాలను ప్రదర్శిస్తారు (సెగ్మెంటెడ్ టెరాహెర్ట్జ్ ఎలక్ట్రాన్ యాక్సిలరేటర్ మరియు మానిప్యులేటర్) - సెగ్మెంటెడ్ టెరాహెర్ట్జ్ ఎలక్ట్రాన్ యాక్సిలరేటర్ మరియు మానిప్యులేటర్. STEAM ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క పొడవును ఉప-పికోసెకండ్ వ్యవధికి తగ్గించడాన్ని సాధ్యం చేస్తుంది, తద్వారా త్వరణం దశపై ఫెమ్టోసెకండ్ నియంత్రణను అందిస్తుంది.
200 MV/m (MV - మెగావోల్ట్) యొక్క త్వరణ క్షేత్రాన్ని సాధించడం సాధ్యమైంది, ఇది 70 keV శక్తితో పొందుపరిచిన ఎలక్ట్రాన్ పుంజం నుండి > 55 keV (కిలోఎలెక్ట్రాన్‌వోల్ట్) యొక్క రికార్డు టెరాహెర్ట్జ్ త్వరణానికి దారితీస్తుంది. ఈ విధంగా, 125 కెవి వరకు వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్లు పొందబడ్డాయి.
పరికర నిర్మాణం మరియు అమలు
చిత్రం సంఖ్య 1: అధ్యయనంలో ఉన్న పరికరం యొక్క రేఖాచిత్రం.
చిత్రం సంఖ్య 1-2: a - అభివృద్ధి చెందిన 5-పొరల విభజన నిర్మాణం యొక్క రేఖాచిత్రం, b - ఎలక్ట్రాన్ ప్రచారం యొక్క లెక్కించిన త్వరణం మరియు దిశ యొక్క నిష్పత్తి.
ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలు (55 కెవి) నుండి ఉత్పన్నమవుతాయి ఎలక్ట్రాన్ గన్* మరియు టెరాహెర్ట్జ్ స్టీమ్-బంచర్ (బీమ్ కంప్రెసర్)లోకి ప్రవేశపెడతారు, ఆ తర్వాత అవి స్టీమ్-లినాక్‌లోకి వెళతాయి (లీనియర్ యాక్సిలరేటర్*).
ఎలక్ట్రాన్ గన్* - అవసరమైన కాన్ఫిగరేషన్ మరియు శక్తి యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల పుంజం ఉత్పత్తి చేసే పరికరం.
లీనియర్ యాక్సిలరేటర్* - యాక్సిలరేటర్, దీనిలో చార్జ్ చేయబడిన కణాలు ఒక్కసారి మాత్రమే నిర్మాణం గుండా వెళతాయి, ఇది ఒక చక్రీయ (ఉదాహరణకు, LHC) నుండి లీనియర్ యాక్సిలరేటర్‌ను వేరు చేస్తుంది.
రెండు STEAM పరికరాలు ఒకే సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (NIR) లేజర్ నుండి టెరాహెర్ట్జ్ పల్స్‌లను అందుకుంటాయి, ఇది ఎలక్ట్రాన్ గన్ యొక్క ఫోటోకాథోడ్‌ను కూడా కాల్చివేస్తుంది, ఫలితంగా ఎలక్ట్రాన్లు మరియు వేగవంతమైన క్షేత్రాల మధ్య అంతర్గత సమకాలీకరణ ఏర్పడుతుంది. ఫోటోకాథోడ్ వద్ద ఫోటోమిషన్ కోసం అతినీలలోహిత పప్పులు రెండు వరుస దశల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి GVG* సమీప-పరారుణ కాంతి యొక్క ప్రాథమిక తరంగదైర్ఘ్యం. ఈ ప్రక్రియ 1020 nm లేజర్ పల్స్‌ను మొదట 510 nmకి ఆపై 255 nmకి మారుస్తుంది.
GVG* (ఆప్టికల్ సెకండ్ హార్మోనిక్ జనరేషన్) అనేది నాన్ లీనియర్ మెటీరియల్‌తో పరస్పర చర్య సమయంలో అదే పౌనఃపున్యం యొక్క ఫోటాన్‌లను కలపడం, ఇది రెట్టింపు శక్తి మరియు ఫ్రీక్వెన్సీతో పాటు సగం తరంగదైర్ఘ్యంతో కొత్త ఫోటాన్‌లు ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది.
NIR లేజర్ పుంజం యొక్క మిగిలిన భాగం 4 కిరణాలుగా విభజించబడింది, ఇవి ఇంట్రా-పల్స్ ఫ్రీక్వెన్సీ తేడాలను ఉత్పత్తి చేయడం ద్వారా నాలుగు సింగిల్-సైకిల్ టెరాహెర్ట్జ్ పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి.
రెండు టెరాహెర్ట్జ్ పప్పులు ప్రతి STEAM పరికరానికి సుష్ట హార్న్ నిర్మాణాల ద్వారా పంపిణీ చేయబడతాయి, ఇవి టెరాహెర్ట్జ్ శక్తిని ఎలక్ట్రాన్ ప్రచారం దిశలో పరస్పర చర్య చేసే ప్రాంతంలోకి నిర్దేశిస్తాయి.
ఎలక్ట్రాన్లు ప్రతి STEAM పరికరంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు, అవి విద్యుత్ మరియు అయస్కాంత భాగాలకు బహిర్గతమవుతాయి లోరెంజ్ దళాలు*.
లోరెంజ్ ఫోర్స్* - విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం చార్జ్ చేయబడిన కణంపై పనిచేసే శక్తి.
ఈ సందర్భంలో, విద్యుత్ క్షేత్రం త్వరణం మరియు క్షీణతకు బాధ్యత వహిస్తుంది మరియు అయస్కాంత క్షేత్రం పార్శ్వ విక్షేపణలకు కారణమవుతుంది.
చిత్రం #2
మేము చిత్రాలలో చూస్తున్నట్లుగా 2a и 2b, ప్రతి STEAM పరికరం లోపల, టెరాహెర్ట్జ్ కిరణాలు పలుచని లోహపు పలకల ద్వారా వివిధ మందం కలిగిన అనేక పొరలుగా విభజించబడ్డాయి, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి వేవ్‌గైడ్‌గా పనిచేస్తుంది, మొత్తం శక్తిలో కొంత భాగాన్ని పరస్పర చర్య ప్రాంతానికి బదిలీ చేస్తుంది. టెరాహెర్ట్జ్ యొక్క రాక సమయాన్ని సమన్వయం చేయడానికి ప్రతి పొరలో విద్యుద్వాహక ప్లేట్లు కూడా ఉన్నాయి వేవ్ ఫ్రంట్* ఎలక్ట్రాన్ల ముందు భాగంతో.
వేవ్ ఫ్రంట్* - తరంగం చేరుకున్న ఉపరితలం.
రెండు STEAM పరికరాలు ఎలక్ట్రికల్ మోడ్‌లో పనిచేస్తాయి, అంటే, ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్‌ను విధించే విధంగా మరియు ఇంటరాక్షన్ ప్రాంతం మధ్యలో అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని అణిచివేస్తాయి.
మొదటి పరికరంలో, ఎలక్ట్రాన్లు గుండా వెళ్ళడానికి సమయానుకూలంగా ఉంటాయి జీరో క్రాసింగ్* టెరాహెర్ట్జ్ ఫీల్డ్, ఇక్కడ విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క సమయ ప్రవణతలు గరిష్టీకరించబడతాయి మరియు సగటు క్షేత్రం కనిష్టీకరించబడుతుంది.
జీరో క్రాసింగ్* - టెన్షన్ లేని పాయింట్.
ఈ కాన్ఫిగరేషన్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క తోకను వేగవంతం చేస్తుంది మరియు దాని తల మందగిస్తుంది, ఫలితంగా బాలిస్టిక్ లాంగిట్యూడినల్ ఫోకసింగ్ (2a и 2s).
రెండవ పరికరంలో, ఎలక్ట్రాన్ మరియు టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్ యొక్క సమకాలీకరణ సెట్ చేయబడింది, తద్వారా ఎలక్ట్రాన్ పుంజం టెరాహెర్ట్జ్ ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క ప్రతికూల చక్రాన్ని మాత్రమే అనుభవిస్తుంది. ఈ కాన్ఫిగరేషన్ నికర నిరంతర త్వరణానికి దారితీస్తుంది (2b и 2d).
NIR లేజర్ అనేది క్రయోజెనిక్‌గా చల్లబడిన Yb:YLF సిస్టమ్, ఇది 1.2 nm తరంగదైర్ఘ్యం మరియు 50 Hz పునరావృత రేటు వద్ద 1020 ps వ్యవధి మరియు 10 mJ శక్తి యొక్క ఆప్టికల్ పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. మరియు టెరాహెర్ట్జ్ పప్పులు 0.29 టెరాహెర్ట్జ్ (3.44 పిఎస్ పీరియడ్) యొక్క సెంట్రల్ ఫ్రీక్వెన్సీతో వొంపు ఉన్న పల్స్ ఫ్రంట్ పద్ధతి ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి.
STEAM-buncher (బీమ్ కంప్రెసర్)ను శక్తివంతం చేయడానికి కేవలం 2 x 50 nJ టెరాహెర్ట్జ్ శక్తి ఉపయోగించబడింది మరియు STEAM-linac (లీనియర్ యాక్సిలరేటర్)కి 2 x 15 mJ అవసరం.
రెండు STEAM పరికరాల ఇన్లెట్ మరియు అవుట్‌లెట్ రంధ్రాల వ్యాసం 120 మైక్రాన్లు.
బీమ్ కంప్రెసర్ సమాన ఎత్తు (0 మిమీ) యొక్క మూడు పొరలతో రూపొందించబడింది, ఇది సమయాన్ని నియంత్రించడానికి 225 మరియు 4.41 మిమీ పొడవు గల ఫ్యూజ్డ్ సిలికా ప్లేట్‌లతో (ϵr = 0.42) అమర్చబడి ఉంటుంది. కంప్రెసర్ లేయర్‌ల సమాన ఎత్తులు త్వరణం లేని వాస్తవాన్ని ప్రతిబింబిస్తాయి (2s).
కానీ లీనియర్ యాక్సిలరేటర్‌లో ఎత్తులు ఇప్పటికే భిన్నంగా ఉంటాయి - 0.225, 0.225 మరియు 0.250 మిమీ (+ ఫ్యూజ్డ్ క్వార్ట్జ్ ప్లేట్లు 0.42 మరియు 0.84 మిమీ). పొర యొక్క ఎత్తులో పెరుగుదల త్వరణం సమయంలో ఎలక్ట్రాన్ల వేగం పెరుగుదలను వివరిస్తుంది.
ప్రతి రెండు పరికరాల కార్యాచరణకు పొరల సంఖ్య నేరుగా బాధ్యత వహిస్తుందని శాస్త్రవేత్తలు గమనించారు. త్వరణం యొక్క అధిక రేట్లు సాధించడానికి, ఉదాహరణకు, పరస్పర చర్యను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి మరిన్ని లేయర్‌లు మరియు విభిన్న ఎత్తు కాన్ఫిగరేషన్‌లు అవసరం.
ఆచరణాత్మక ప్రయోగాల ఫలితాలు
మొదట, సాంప్రదాయ రేడియో ఫ్రీక్వెన్సీ యాక్సిలరేటర్లలో, వేగవంతమైన పుంజం యొక్క లక్షణాలపై ఎంబెడెడ్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క తాత్కాలిక పరిధి ప్రభావం పుంజంలోని వివిధ ఎలక్ట్రాన్ల పరస్పర చర్య సమయంలో అనుభవించిన విద్యుత్ క్షేత్రంలో మార్పు కారణంగా ఉందని పరిశోధకులు గుర్తు చేస్తున్నారు. వేర్వేరు సమయాల్లో. అందువల్ల, ఎక్కువ గ్రేడియంట్‌లు మరియు ఎక్కువ వ్యవధి కలిగిన బీమ్‌లు కలిగిన ఫీల్డ్‌లు పెద్ద శక్తి వ్యాప్తికి దారితీస్తాయని ఆశించవచ్చు. దీర్ఘకాలం పాటు ఇంజెక్ట్ చేయబడిన కిరణాలు కూడా అధిక విలువలకు దారితీయవచ్చు ఉద్గారాలు*.
ఉద్గారం* - చార్జ్డ్ కణాల వేగవంతమైన పుంజం ద్వారా ఆక్రమించబడిన దశ స్థలం.
టెరాహెర్ట్జ్ యాక్సిలరేటర్ విషయంలో, ఉత్తేజిత క్షేత్రం యొక్క వ్యవధి సుమారు 200 రెట్లు తక్కువగా ఉంటుంది. అందుకే, ఉద్రిక్తత* మద్దతు ఉన్న ఫీల్డ్ 10 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది.
విద్యుత్ క్షేత్ర బలం* - ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క సూచిక, ఈ ఛార్జ్ యొక్క పరిమాణానికి ఫీల్డ్‌లోని ఇచ్చిన పాయింట్ వద్ద ఉంచబడిన స్థిరమైన పాయింట్ చార్జ్‌కి వర్తించే శక్తి నిష్పత్తికి సమానం.
అందువల్ల, టెరాహెర్ట్జ్ యాక్సిలరేటర్‌లో, ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా అనుభవించే ఫీల్డ్ గ్రేడియంట్‌లు సాంప్రదాయ పరికరంలో కంటే అనేక ఆర్డర్‌లు ఎక్కువగా ఉంటాయి. ఫీల్డ్ వక్రత గుర్తించదగిన సమయ ప్రమాణం గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది. ప్రవేశపెట్టిన ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క వ్యవధి మరింత స్పష్టమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుందని దీని నుండి ఇది అనుసరిస్తుంది.
శాస్త్రవేత్తలు ఈ సిద్ధాంతాలను ఆచరణలో పరీక్షించాలని నిర్ణయించుకున్నారు. దీన్ని చేయడానికి, వారు వివిధ వ్యవధుల ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలను ప్రవేశపెట్టారు, ఇది మొదటి STEAM పరికరం (STEAM-buncher) ఉపయోగించి కుదింపు ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది.
చిత్రం #3
కంప్రెసర్ పవర్ సోర్స్‌కి కనెక్ట్ చేయని సందర్భంలో, ∼55 fC (ఫెమ్టోకౌలంబ్) చార్జ్‌తో కూడిన ఎలక్ట్రాన్ల (1 కెవి) కిరణాలు ఎలక్ట్రాన్ గన్ నుండి లీనియర్ యాక్సిలరేటర్ డివైస్ (స్టీమ్-లినాక్)కి సుమారు 300 మి.మీ. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు స్పేస్ ఛార్జ్ శక్తుల ప్రభావంతో 1000 fs (ఫెమ్టోసెకన్లు) కంటే ఎక్కువ వ్యవధి వరకు విస్తరించగలవు.
ఈ వ్యవధిలో, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం 60 ps ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద యాక్సిలరేటింగ్ ఫీల్డ్ యొక్క సగం-తరంగదైర్ఘ్యంలో 1,7% ఆక్రమించింది, దీని ఫలితంగా 115 keV వద్ద గరిష్ట స్థాయి మరియు శక్తి పంపిణీలో సగం-వెడల్పుతో త్వరణం తర్వాత శక్తి స్పెక్ట్రం ఏర్పడింది. 60 కెవి కంటే ఎక్కువ (3a).
ఈ ఫలితాలను ఆశించిన వాటితో పోల్చడానికి, ఎలక్ట్రాన్లు సరైన ఇంజెక్షన్ సమయంతో సమకాలీకరించబడనప్పుడు (అనగా, సమకాలీకరించబడనప్పుడు) లీనియర్ యాక్సిలరేటర్ ద్వారా ఎలక్ట్రాన్ ప్రచారం యొక్క పరిస్థితి అనుకరించబడుతుంది. ఈ పరిస్థితి యొక్క గణనలు ఎలక్ట్రాన్ శక్తి పెరుగుదల ఇంజెక్షన్ యొక్క క్షణంపై చాలా ఆధారపడి ఉంటుందని చూపించాయి, ఇది సబ్‌పికోసెకండ్ టైమ్ స్కేల్ (3b) అంటే, సరైన అమరికతో, ఎలక్ట్రాన్ ప్రతి పొరలో టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్ త్వరణం యొక్క పూర్తి అర్ధ-చక్రాన్ని అనుభవిస్తుంది (3s).
ఎలక్ట్రాన్లు వేర్వేరు సమయాల్లో వచ్చినట్లయితే, అవి మొదటి పొరలో తక్కువ త్వరణాన్ని అనుభవిస్తాయి, దాని ద్వారా ప్రయాణించడానికి ఎక్కువ సమయం పడుతుంది. డీసింక్రొనైజేషన్ తరువాత క్రింది పొరలలో పెరుగుతుంది, దీని వలన అవాంఛిత మందగమనం (3d).
ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క తాత్కాలిక పొడిగింపు యొక్క ప్రతికూల ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి, మొదటి STEAM పరికరం కంప్రెషన్ మోడ్‌లో పని చేస్తుంది. కంప్రెసర్‌కు సరఫరా చేయబడిన టెరాహెర్ట్జ్ శక్తిని ట్యూన్ చేయడం ద్వారా మరియు లినాక్‌ను హాచ్ మోడ్‌కి మార్చడం ద్వారా లినాక్ వద్ద ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ వ్యవధి కనీసం ~350 fs (సగం వెడల్పు)కి ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది (4b).
చిత్రం #4
కనిష్ట బీమ్ వ్యవధి ఫోటోకాథోడ్ UV పల్స్ యొక్క వ్యవధికి అనుగుణంగా సెట్ చేయబడింది, ఇది ~600 fs. కంప్రెసర్ మరియు స్ట్రిప్ మధ్య దూరం కూడా ఒక ముఖ్యమైన పాత్ర పోషించింది, ఇది గట్టిపడే శక్తి యొక్క వేగాన్ని పరిమితం చేసింది. మొత్తంగా, ఈ చర్యలు త్వరణం దశ యొక్క ఇంజెక్షన్ దశలో ఫెమ్టోసెకండ్ ఖచ్చితత్వాన్ని ప్రారంభిస్తాయి.
చిత్రంలో 4a లీనియర్ యాక్సిలరేటర్‌లో ఆప్టిమైజ్ చేసిన త్వరణం తర్వాత కంప్రెస్డ్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క శక్తి వ్యాప్తి కంప్రెస్ చేయని దానితో పోలిస్తే ~ 4 రెట్లు తగ్గుతుందని చూడవచ్చు. త్వరణం కారణంగా, కంప్రెస్డ్ బీమ్ యొక్క ఎనర్జీ స్పెక్ట్రమ్ కంప్రెస్డ్ బీమ్‌కు భిన్నంగా, అధిక శక్తుల వైపు మళ్లుతుంది. త్వరణం తర్వాత శక్తి వర్ణపటం యొక్క గరిష్ట స్థాయి 115 keV, మరియు అధిక-శక్తి తోక 125 keVకి చేరుకుంటుంది.
ఈ గణాంకాలు, శాస్త్రవేత్తల నిరాడంబరమైన ప్రకటన ప్రకారం, టెరాహెర్ట్జ్ పరిధిలో కొత్త త్వరణం రికార్డు (త్వరణానికి ముందు ఇది 70 కెవి).
కానీ శక్తి వ్యాప్తిని తగ్గించడానికి (4a), ఇంకా చిన్న పుంజం సాధించాలి.
చిత్రం #5
కంప్రెస్ చేయని ప్రవేశపెట్టిన పుంజం విషయంలో, కరెంట్‌పై పుంజం పరిమాణం యొక్క పారాబొలిక్ డిపెండెన్స్ క్షితిజ సమాంతర మరియు నిలువు దిశలలో విలోమ ఉద్గారాలను వెల్లడిస్తుంది: εx,n = 1.703 mm*mrad మరియు εy,n = 1.491 mm*mrad (5a).
కుదింపు, విలోమ ఉద్గారాలను εx,n = 6 mm*mrad (క్షితిజసమాంతర) మరియు εy,n = 0,285 mm*mrad (నిలువు)కి 0,246 రెట్లు మెరుగుపరిచింది.
ఉద్గార తగ్గింపు స్థాయి పుంజం వ్యవధి తగ్గింపు స్థాయి కంటే దాదాపు రెండు రెట్లు పెద్దదని గమనించాలి, ఇది త్వరణం సమయంలో అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఎలక్ట్రాన్లు బలంగా ఫోకస్ చేయడం మరియు డీఫోకస్ చేయడం వంటివి అనుభవించే సమయంలో పరస్పర డైనమిక్స్ యొక్క నాన్ లీనియారిటీ యొక్క కొలత (5b и 5s).
చిత్రంలో 5b సరైన సమయంలో ప్రవేశపెట్టిన ఎలక్ట్రాన్లు విద్యుత్ క్షేత్ర త్వరణం యొక్క మొత్తం సగం-చక్రాన్ని అనుభవిస్తున్నట్లు చూడవచ్చు. కానీ సరైన సమయానికి ముందు లేదా తర్వాత వచ్చే ఎలక్ట్రాన్లు తక్కువ త్వరణాన్ని మరియు పాక్షిక క్షీణతను కూడా అనుభవిస్తాయి. ఇటువంటి ఎలక్ట్రాన్లు తక్కువ శక్తితో ముగుస్తాయి, సుమారుగా చెప్పాలంటే.
అయస్కాంత క్షేత్రానికి గురైనప్పుడు ఇదే విధమైన పరిస్థితి గమనించవచ్చు. సరైన సమయంలో ఇంజెక్ట్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లు సానుకూల మరియు ప్రతికూల అయస్కాంత క్షేత్రాల సుష్ట మొత్తాలను అనుభవిస్తాయి. ఎలక్ట్రాన్ల పరిచయం సరైన సమయానికి ముందు సంభవించినట్లయితే, అప్పుడు ఎక్కువ సానుకూల క్షేత్రాలు మరియు తక్కువ ప్రతికూలమైనవి ఉన్నాయి. ఎలక్ట్రాన్లు సరైన సమయం కంటే ఆలస్యంగా ప్రవేశపెట్టినట్లయితే, తక్కువ సానుకూల మరియు ఎక్కువ ప్రతికూల (5s) మరియు అటువంటి విచలనాలు అక్షానికి సంబంధించి దాని స్థానాన్ని బట్టి ఎలక్ట్రాన్ ఎడమ, కుడి, పైకి లేదా క్రిందికి వైదొలగగలదనే వాస్తవానికి దారి తీస్తుంది, ఇది పుంజం యొక్క ఫోకస్ లేదా డీఫోకస్ చేయడానికి సంబంధించిన విలోమ మొమెంటం పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది.
అధ్యయనం యొక్క సూక్ష్మ నైపుణ్యాలతో మరింత వివరణాత్మక పరిచయం కోసం, నేను చూడాలని సిఫార్సు చేస్తున్నాను и తనకి.
ఉపసంహారం
సారాంశంలో, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క వ్యవధిని తగ్గించినట్లయితే యాక్సిలరేటర్ పనితీరు పెరుగుతుంది. ఈ పనిలో, సంస్థాపన యొక్క జ్యామితి ద్వారా సాధించగల బీమ్ వ్యవధి పరిమితం చేయబడింది. కానీ, సిద్ధాంతపరంగా, బీమ్ వ్యవధి 100 fs కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.
పొరల ఎత్తును తగ్గించడం మరియు వాటి సంఖ్యను పెంచడం ద్వారా పుంజం యొక్క నాణ్యతను మరింత మెరుగుపరచవచ్చని శాస్త్రవేత్తలు కూడా గమనించారు. అయినప్పటికీ, ఈ పద్ధతి సమస్యలు లేకుండా లేదు, ప్రత్యేకించి పరికరాన్ని తయారు చేయడంలో సంక్లిష్టత పెరుగుతుంది.
ఈ పని లీనియర్ యాక్సిలరేటర్ యొక్క సూక్ష్మ వెర్షన్ యొక్క మరింత విస్తృతమైన మరియు వివరణాత్మక అధ్యయనం యొక్క ప్రారంభ దశ. పరీక్షించిన సంస్కరణ ఇప్పటికే అద్భుతమైన ఫలితాలను చూపుతున్నప్పటికీ, దీనిని సరిగ్గా రికార్డ్ బ్రేకింగ్ అని పిలుస్తారు, ఇంకా చాలా పని ఉంది.
మీ దృష్టికి ధన్యవాదాలు, ఉత్సుకతతో ఉండండి మరియు ప్రతి ఒక్కరికీ గొప్ప వారం! 🙂
మాతో ఉన్నందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు మా కథనాలను ఇష్టపడుతున్నారా? మరింత ఆసక్తికరమైన కంటెంట్‌ని చూడాలనుకుంటున్నారా? ఆర్డర్ చేయడం ద్వారా లేదా స్నేహితులకు సిఫార్సు చేయడం ద్వారా మాకు మద్దతు ఇవ్వండి, మీ కోసం మేము కనిపెట్టిన ఎంట్రీ-లెవల్ సర్వర్‌ల యొక్క ప్రత్యేకమైన అనలాగ్‌పై Habr వినియోగదారులకు 30% తగ్గింపు: (RAID1 మరియు RAID10తో అందుబాటులో ఉంది, గరిష్టంగా 24 కోర్లు మరియు 40GB DDR4 వరకు).
Dell R730xd 2 రెట్లు తక్కువ? ఇక్కడ మాత్రమే నెదర్లాండ్స్‌లో! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 నుండి! గురించి చదవండి
మూలం: www.habr.com