緊湊型加速器 實現重大能源里程碑

編譯/高晟鈞

粒子加速器在半導體應用、醫學治療、材料和能源方面具有巨大潛力。然而,傳統加速器需要大量的活動空間,這也使得它們價格昂貴,並且僅限於少數國家實驗室和大學使用。

粒子加速器在半導體應用、醫學治療、材料和能源方面具有巨大潛力。(圖片翻攝自 phys.org)

日前,來自多所國家實驗室、大學與私人公司組成的研究團隊展示了一種長度只有20公尺的緊湊行粒子加速器,可以產生能量為100億電子伏特的電子光束(10GeV)。目前另外兩台可以達到這種電子能量的加速器,都超過了三公尺長。

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雷射尾場加速器

雷射尾場加速器(Wakefield laser accelerators)的概念於1979年首次被提出。極其強大的雷射撞擊氦氣,將其加熱成等離子體,並產生波,最後氣體中的電子以高能量電子束的形式射出。

在過去的幾十年裡,各種基於此概念的版本如雨後春筍般冒出。該研究團隊的粒子加速器著重於奈米顆粒。輔助雷射會撞擊氣室內的金屬板,接著,金屬板注入金屬奈米粒子流,增強從波傳遞給電子的能量。雷射就像一艘掠過湖面的船,留下尾流,而電子則像衝浪者一樣駕馭這種等離子體波。

相關應用

研究團隊首先希望用這種雷射加速器來測試多種用途:太空電子產品抵禦輻射的能力,對新半導體晶片設計的3D內部結構進行成像,甚至開發新型癌症療法與醫學成像技術等。

這種加速器也可用於驅動另一種稱為 X 射線自由電子雷射的設備。該設備可以拍攝原子或分子尺度過程的慢動作影片,像是藥物與細胞的相互作用、電池內部的變化、太陽能電池板內部的化學反應以及病毒蛋白質在感染細胞時如何改變型態。

資料來源:phys.org

 

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