Лазерный ускоритель элементарных частиц

Лазер уже давно перестал быть чем-то необычным, но некоторые его применения в физике всё ещё весьма экзотичны. Так, при определённых условиях лазер может стать ускорителем элементарных частиц. Посмотрим, как это происходит, а после этого зададимся вопросом - что же это даёт.

Рассмотрим следующую схему:

Высокий лазерный импульс фокусируется сферическим зеркалом в одну точку. В эту же точку впрыскивается тонкая струя газа.
Энергия лазерного пучка такова, что газ в струе мгновенно превращается в плазму, состоящую из свободных электронов и протонов.
При этом электрическое поле электромагнитной волны в лазерном импульсе выталкивает электроны из плазменного сгустка, придавая им огромные околосветовые скорости.
Под действием кулоновского притяжения со стороны ионов траектории электронов закручиваются, и в итоге формируется электронный сгусток позади положительно заряженного ионного.
Отрицательный сгусток притягивается к положительному и развивает при этом огромную скорость, а следовательно - энергию.
Сформировавшийся таким образом электронный пучок выходит из области газовой струи, обладая колоссальной энергией.

Такие высокоэнергетичные пучки находят различные применения. В частности ускорители элементарх частиц используются в различных областях медицины. Одна из важных областей - протонная терапия онкозаболеваний (то есть воздействие на ткани с помощью пучка протонов).

Для этого в нашем эксперименте вместо струи газа помещают твёрдотельную мишень - тогда на выходе образуется пучок протонов. Но и электронный пучок, распространяясь в периодической структуре, вызывает рентгеновское излучение, что может быть использовано в медицине.

Лазерная технология ускорения позволяет избавиться от некоторых проблем проблем с обычным ускорителям. В качестве дорогостоящего оборудования - только мощный лазер, и даже он дешевле ускорителя. Компактность и высокая безопасность - одна из ключевых особенностей. Применение данной системы зметно упрощается тем, что действующие частицы появляются только в самом конце, а сам лазерный луч можно направлять зеркалами. Наконец, очевидные преимущества по сравнению с ускорителем - это более тонкая настройка необходимой энергии и интенсивности пучка.

Эксперименты, проведённые в 2008 году в ИПФ РАН, позволили получить электронный пучок с энергией в 20 мегаэлетрон-вольт, что уже сравнимо с энергиями частиц, разгоняемых обычными ускорителями частиц.

    ©2011-2015 Радиолаборатория.ру     Сайт создан поклонниками музея науки ННГУ "Нижегородская радиолаборатория"