用電漿體波加速粒子技術獲新突破
- 發佈時間：2014-11-07 01:30:40 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 美國能源部SLAC國家加速器實驗室和加州大學洛杉磯分校的科學家研製出一項富有前景的技術：用電漿體波加速電子能有效為新一代加速器供以電力。這一成就對展示電漿體尾場加速器的實用化具有里程碑意義，可極大擴展到醫藥、工業和高能物理研究等領域。相關研究成果發表在最新一期的《自然》雜誌上。
據物理學家組織網11月5日報道，利用SLAC國家實驗室先進的加速器實驗測試（FACET），美國能源部科學局研究人員將電子束能量提高了400到500倍，高於其在傳統加速器裏的數據。而之前，這個能源和效率的關鍵組合從未達到過。
論文的第一作者、SLAC加速器物理學家邁克説：“一個加速器的許多實用方面取決於被加速的粒子有多快。該研究表明，可以使用這種技術在不到20英尺長的加速器加速電子束，能夠獲得與2英里SLAC直線加速器一樣的能量。”
35年來，電漿體尾場一直是加速器物理學家的興趣點，作為一個更有前途的方法驅動未來小而便宜的加速器誕生。加州大學洛杉磯分校和斯坦福直線加速器中心的研究人員在對電漿體尾場加速一直保持超過十年的前沿研究。在2007年的論文中，研究人員宣佈可以加速在420億—850億電子伏的一個長電子束末端的電子群，令科學界極大興奮。
在本次實驗中，研究人員在炙熱的鋰氣爐內發射含有50億至60億電子的成對電子束到由鐳射産生的電漿體柱。每對中的第一束是驅動束，摧毀了所有來自鋰原子的自由電子，留下鋰核後的正電荷，被稱為“井噴狀態”的配置。然後，被擊中的電子倒在第二束電子之後，被稱為後束，形成的“電漿體尾”推動後束到更高能量。
以前的實驗已證明多束加速，但SLAC團隊達到井噴狀態的高能量還是第一個，從中可以發現最大的能量收益、最高的效率。同樣重要的是，加速後的電子以相對較小的能量擴散而告終。
該試驗的主要研究者之一、SLAC加速器物理學家馬克·霍根説：“這些結果已經超出一個成功試驗的本身，其額外的意義是，用一個二束配置達到井噴狀態能夠提高加速效率最大為50%，足以表明電漿體尾場加速器技術對實現未來加速器是可行的。”（華淩）
左圖 美國SLAC國家加速器實驗室
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