Физики создали самый мощный электронный луч в истории

Команда физиков из Национальной лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory (Калифорния), достигла рекордных показателей мощности и тока электронного луча.Согласно их публикации в журнале Physical Review Letters, исследователи смогли сгенерировать 100 килоампер тока и удерживать мощность 1/4 секунды (это эквивалентно мощности, генерируемой несколькими крупными электростанциями одновременно), что стало возможным благодаря новому подходу к уплотнению электрического заряда в кратчайшие интервалы времени.

Как добились таких результатов?

В ускорителе электроны разгоняются до скоростей, приближающихся к 99 % от скорости света, с помощью мощных магнитов в вакууме, где они движутся по радиоволнам. Ученые сравнили электроны с гоночными автомобилями, стремительно мчащимися по овальной трассе. Однако при прохождении поворотов электроны вынуждены отклоняться, что приводит к потере части энергии — это явление известно как «чирп». Это известно как синхротронное излучение.

Для компенсации потерь в системе ученые использовали специально расположенные магниты, корректирующие траекторию электронов: частицы с более низкой энергией проходят несколько более короткий путь, позволяющий более энергичным электронам догнать их, что приводит к сжатию «строки» частиц и усилению луча.

После нескольких циклов прохождения по ускорительной трассе луч становится одновременно мощнее и короче. В пиковом режиме импульс длился всего 0,3 микрометра.
Такой прорыв в управлении электронным лучом может стать основой для новых разработок: от усовершенствования химических процессов до создания инновационных систем плазмы и глубокого изучения природы вакуума.

Открытие демонстрирует, как тонкая настройка магнитных полей и точное управление траекторией электронов позволяет добиться ранее недостижимых результатов, что может положительно сказаться на развитии как фундаментальной науки.

Почему это важно?

• Управление высокоэнергетическими электронными лучами с рекордной мощностью позволяет исследователям глубже изучать субатомные процессы и природу вакуума. Такой контроль открывает новые пути для экспериментов, которые ранее были невозможны, особенно для изучения сложных процессов, происходящих в космосе;
• Техника сжатия электронных лучей и компенсации энергетических потерь (синхротронное излучение) может улучшить работу ускорителей частиц, что важно для создания более мощных лазерных систем и свободных электронных лазеров. Эти технологии находят применение в медицине, материаловедении и исследованиях фундаментальной физики;
• Точное управление параметрами луча позволяет разрабатывать инновационные методы для проведения химических процессов, создания плазмы и улучшения систем фильтрации или обработки материалов. Например, высокомощные импульсы могут использоваться для синтеза новых материалов или для проведения экстремальных химических реакций.

Ученые создали самые тонкие лазерные узоры для будущих технологий