20 년 동안 물리학 자들은 입자 가속기를 소형화하기 위해 노력해 왔습니다.이 가속기 (Atom Smasher 및 X-ray 공급원 역할을하는 거대한 기계입니다. 중국의 물리학 자들이 작은 "플라즈마 웨이크 필드 가속기"를 사용하여 프리-전자 레이저 (FEL)라고 불리는 레이저 유형에 전원을 공급함에 따라 그 노력은 큰 발걸음을 내딛었습니다. 12 미터 길이의 펠트는 킬로미터 길이의 전임자만큼 좋지 않습니다. 그럼에도 불구하고 다른 연구자들은이 실험이 미니 아치 세전기의 큰 발전이라고 말합니다.
로렌스 버클리 국립 실험실의 레이저 플라즈마 물리학자인 Jeroen Van Tilborg는“많은 [과학자들] 이이 작업에 관여하지 않은 Lawrence Berkeley National Laboratory의 Jeroen Van Tilborg는 말합니다. 상하이 광학 연구소 (Siom)의 물리학자인 Ke Feng은 New Fel에서 일한 SIOM (Shanghai Optics and Fine Mechanics)의 물리학자는 응용 프로그램에 대한 준비가되어 있지 않다고 주장하지 않습니다. Feng은 "그러한 장치를 유용하고 미니어처로 만드는 것은 항상 우리의 목표입니다. 그러나 여전히해야 할 일이 여전히 많습니다."
.입자 가속기는 무수한 과학 분야의 작업자이며, 근본적인 입자를 폭파하고 생체 분자 및 물질 연구를 위해 강렬한 X- 레이를 생성합니다. 이러한 가속기의 길이는 킬로미터를 늘리고 10 억 달러 이상입니다. 기존의 가속기 내에서 전자와 같은 하전 입자가 너무 빨리 에너지를 얻을 수 있기 때문입니다. 소형 묶음으로 그룹화 된 입자는 진공 파이프를 통해 지퍼를 지정하고 전자 레인지로 공감하는 공동을 통과합니다. 바다 파가 서퍼를 추진하는 것처럼,이 전자 레인지는 전자를 밀고 에너지를 증가시킵니다. 그러나 전자 레인지의 진동 전기장이 너무 강해지면 스파크가 손상 될 것입니다. 따라서 입자는 공동 미터당 최대 약 100 메가 엘산 볼트 (MEV)의 에너지를 얻을 수 있습니다.
더 짧은 거리에서 입자를 가속화하려면 물리학자는 더 강한 전기장이 필요합니다. 헬륨과 같은 가스에 레이저 조명의 맥박을 발사하는 것은이를 생성하는 한 가지 방법입니다. 빛은 원자에서 전자를 찢어 가스를 통과하는 이온화 쓰나미를 생성 한 다음 매우 강한 전기장을 생성하는 전자를 졸졸 흐르는 전자의 깨어납니다. Wakefield는 전자를 퍼 뜨리고 불과 몇 센티미터로 1000 meV로 가속 할 수 있습니다.
Wakefields를 활용하기를 바라는 물리학 자들은 전자의 매우 짧고 강렬한 버스트를 생성 할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 버스트 내에서, 전자의 에너지는 일반적으로 몇 %, 대부분의 실용적인 응용에 비해 너무 다양합니다. 이제 Siom 물리학 자 Wentao Wang, Feng 및 동료들은 Plasma Wakefield Accelerator의 출력을 개선했습니다.
펠트에서 물리학 자들은 전자를 진공 파이프로 내려와 undulator라는 장치 라인을 통해 발사합니다. undulatter 내에서, 빔 파이프 위와 아래의 작은 자석은 치아와 같이 선을 닫고, 인접한 자석의 북극은 위아래로 번갈아 가며. 전자가 기복기를 통과함에 따라, 졸린 자기장은 앞뒤로 흔들어 빛을 방출합니다. 빛이 쌓이고 전자의 무리와 함께 이동함에 따라 전자를 뒤로 밀어 서브 런치로 분리하여 콘서트에서 방출하여 빛을 레이저 빔으로 증폭시킵니다.
.SLAC National Accelerator Laboratory에서 2009 년에 공개 된 세계 최초의 X- 레이 레이저 인 Linac Coherent Light Source (LCLS)는 실험실의 유명한 3km 길이의 선형 가속기로 구동되는 FEL입니다. 유럽과 일본의 연구원들도 큰 엑스레이 펠트를 만들었습니다. 그러나 1.5 미터 길이의 미분기 3 개 체인을 통해 플라즈마 웨이크 필드 가속기에서 전자 빔을 촬영함으로써 Siom 팀은 긴 방에 맞을 수있을 정도로 작은 펠을 만들었습니다.
이를 가능하게하기 위해 Siom 물리학 자들은 전자 에너지의 스프레드를 0.5%로 줄여야했습니다. Wang은 전자의 가속도를 더 잘 제어하기 위해 레이저와 가스 대상을 최적화하여 진공 파이프를 더 부드럽게 내려 놓는 데 성공했다고 말했다. 미국과 유럽의 팀은 특정 에너지의 전자를 필터링하기위한보다 복잡한 계획을 탐색했지만 SIOM 팀은 더 간단한 접근 방식을 취했다고 Van Tilborg는 말합니다. "모든 것이 조금 더 잘 최적화되어있다"고 그는 말한다.
다른 사람들은 Plasma Wakefield 가속기를 사용하여 이전에 기소기에서 조명을 동축 시켰습니다. 그러나 Wang과 동료들은 증폭을 보여 주었고, 세 번째 undulator에서 빛의 강도가 100 배 증가했음을 보여 주었고, 지난 주 nature 에서보고했습니다. . SLAC의 가속기 물리학자인 Agostino Marinelli는“이것은 큰 발전입니다.
Tiny Fel은 더 큰 형제들과는 거리가 멀어 다른 X-Ray 공급원보다 수십억 배 더 밝은 빔을 생성하며 에너지는 0.1%로 낮습니다. 새로운 펠트는 에너지 스프레드가 2%의 더 긴 파장 자외선의 많은 희미한 펄스를 생성합니다. SLAC 연구원들은 또한 초당 수백만 개의 펄스를 생산하기 위해 LCL을 업그레이드하고 있습니다. 소설 펠은 초당 5 개를 생산할 수 있습니다.
마리 넬리는 장치를 사용하여 X- 선 파장에 도달하는 것은 어려울 것이라고 예측했다. "이것들은 매우 인상적인 결과이지만, 이것을 X- 선 에너지에 외삽하는 것을 매우 조심할 것입니다." SIOM 물리학 자이자 팀원 인 Ruxin Li는“10 년 이상, 아마도 10 년 이상의 단단한 X- 선 파장에 도달하는 데 얼마나 걸릴지 말하기는 어렵습니다. "우리는 그 날을 기대합니다."
