口袋大小的粒子加速器，可將電子束加速至接近光速

2020-08-28 科技工作者之家


緊湊型粒子加速器只有口袋大小

粒子加速器廣泛應用於理論物理學、材料特性表徵、腫瘤放射治療和安全檢查等領域。粒子加速器的核心組件——射頻振蕩器，開發於第二次世界大戰期間，最初是用於雷達的部件。

《自然•光子學》8月10日發文稱，英國蘭卡斯特大學和曼徹斯特大學的科學家成功開發出了一種緊湊型粒子加速器。這種加速器只有口袋大小，能夠配合雷射發射出接近光速的超短電子束。該成果使科學家能夠在飛秒時間尺度上測定、操縱粒子束，並創建出原子運動的頻閃照片。此外，緊湊型粒子加速器還為高能、高電荷、高質量太赫茲驅動加速器的研發奠定了基礎。

論文作者、曼徹斯特大學研究人員Morgan Hibberd博士說：「最主要的挑戰在於，如何讓加速太赫茲場的速度與近光速電子束的速度建立匹配關係。另外，固有的低速太赫茲脈衝包絡通過加速結構時，對驅動場和電子束相互作用的影響也值得重點關注。通過開發一種獨特的太赫茲源，我們解決了這些問題。它能產生頻率範圍較窄的長脈衝，對相互作用有顯著增強效果。下一階段，我們希望在保持光束質量的同時，展示更高的能量增益。我們預計，這可以通過增強太赫茲源的能量來實現。相關改進工作已經在穩步進行中。」

蘭卡斯特大學教授Steven Jamison補充說：「用太赫茲頻率的類雷射脈衝控制相對論光束的加速，是粒子加速器發展道路上的裡程碑之一。藉助比傳統粒子加速器頻率高出百倍的電磁頻率，飛秒級粒子束控制設想具備了可行性。我們演示了以太赫茲場加速粒子至99.99%光速的方法，由此確定了一條將太赫茲加速度縮放至高相對論能量的途徑。」

雖然研究人員的長期目標是以米級緊湊加速設備取代公裡級研究加速器（如位於漢堡的3公裡長的X-射線源加速器），但他們也希望該成果能在短期內對放射療法和材料學等領域產生直接影響。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：alone

責編：Max

期刊來源：《自然•光子學》

期刊編號：1749-4885

原文連結：

https://phys.org/news/2020-08-scientists-compact-particle-electron-nearer.html

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