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科学家为电子束创造了瑞士军刀

2019-07-05 11:06:08 来源:

科学家已经为电子创造了一个微型粒子加速器,只需按一下按钮就可以执行四种不同的功能。该实验装置由太赫兹辐射源驱动,可以加速,压缩,聚焦和分析光束中的电子束。它的主动结构尺寸仅为几毫米。DESY科学家为电子创造了一种微型粒子加速器,只需按一下按钮即可执行四种不同的功能。该实验装置由太赫兹辐射源驱动,可以加速,压缩,聚焦和分析光束中的电子束。它的主动结构尺寸仅为几毫米。自由电子激光科学中心(CFEL)的开发人员在Nature Photonics期刊上发表了他们的“分段太赫兹电子加速器和操纵器”(STEAM)。太赫兹辐射位于微波和电磁波谱中的红外线之间。

该装置的核心特征之一是其与电子束的完美定时。科学家通过使用相同的激光脉冲产生电子束并驱动器件来实现这一目标。“要做到这一点,我们会采用红外激光脉冲将其分开,”CFEL的FranzKärtner小组的第一作者Dongfang Zhang解释道。“两个部分都被送入改变激光波长的非线性晶体中:为了产生电子束,波长被转移到紫外线并被引导到光电阴极上,在那里它释放出一束电子。对于STEAM,波长被转移到太赫兹原始激光脉冲的两个部分的相对时间仅取决于它们所采用的路径的长度,并且可以非常精确地控制。

通过这种方式,科学家们可以超高精度地控制太赫兹波的哪一部分在电子束进入器件时会发出电子束。根据电子束的到达时间,STEAM执行其不同的功能。“例如,一群击中太赫兹电场负面部分的电流加速了,”张解释道。“波浪的其他部分导致束的聚焦或散焦或压缩约十倍左右。”压缩意味着电子束在飞行方向上变短,聚焦意味着它垂直于飞行方向收缩。

此外,STEAM允许对沿其飞行路径的电子束的结构进行分析。对于这种称为条纹的技术,进入的电子束以一种垂直于飞行方向被涂抹的方式向侧面偏转。当这个被涂抹的束撞击探测器时,它会沿着它的飞行路径产生束的轮廓。通常使用条纹来分析粒子加速器中的束结构。“STEAM是一种用于电子束的瑞士军刀,”张说。为了执行多种功能,例如压缩和聚焦,可以组合设备的几个单元。

使用太赫兹辐射还允许STEAM装置的紧凑尺寸。“太赫兹辐射的波长通常比当今大颗粒加速器中使用的射频辐射短一百倍。因此,设备中的所有结构都可以相应缩小,”德国大学的首席科学家兼汉堡大学教授凯特纳解释道。STEAM的最大尺寸仅约2厘米,可轻松放入火柴盒中。“这只是房屋的大小。活动结构的规模是毫米级的,”张补充说。

该技术仍处于试验阶段。开发人员将STEAM视为迈向未来一代紧凑型太赫兹驱动粒子加速器的第一步。这些可以启用新的应用程序,并补充当今的加速器。此外,口袋机械手今天已经可以使用:世界各地的加速器组已经在考虑进行束特性鉴定,正如Kärtner所指出的那样:“STEAM可以用于未来的桌面加速器,但它的各种功能对于现有的也很有用机器“。

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