El pequeño doble acelerador recicla la energía
Prueba de concepto para el acelerador de terahercios en cascada usando pulsos largos
Un equipo de científicos de DESY ha construido un acelerador de partículas doble en miniatura que puede reciclar parte de la energía láser introducida en el sistema para aumentar la energía de los electrones acelerados por segunda vez. El dispositivo utiliza radiación terahertz de banda estrecha que se encuentra entre las frecuencias infrarrojas y las radioeléctricas del espectro electromagnético, y un único tubo acelerador tiene sólo 1,5 centímetros de largo y 0,79 milímetros de diámetro. Dongfang Zhang y sus colegas del Centro de Ciencia de Láser de Electrones Libres (CFEL) en DESY presentan su acelerador experimental en la revista Physical Review X.
El mini-acelerador utiliza radiación terahertz que puede ser reciclada para una segunda etapa de aceleración.
DESY, Science Communication Lab
El tamaño miniatura del dispositivo es posible debido a la corta longitud de onda de la radiación terahertz. "Los aceleradores basados en terahercios han surgido como candidatos prometedores para la próxima generación de fuentes de electrones compactos", explica Franz Kärtner, científico principal de DESY y jefe del grupo de la CFEL que construyó el dispositivo. Los científicos han experimentado con éxito con aceleradores de terahercios anteriormente, lo que podría permitir aplicaciones en las que los aceleradores de partículas de gran tamaño simplemente no son factibles o necesarios. "Sin embargo, la técnica está todavía en una etapa temprana, y el rendimiento de los aceleradores de terahercios experimentales ha sido limitado por la sección relativamente corta de interacción entre el pulso de terahercios y los electrones", dice Kärtner.
Para el nuevo dispositivo, el equipo usó un pulso más largo que comprendía muchos ciclos de ondas terahertz. Este pulso de varios ciclos extiende significativamente la sección de interacción con las partículas. "Alimentamos el pulso multiciclo de terahercios en una guía de onda que está revestida con un material dieléctrico", dice Zhang. Dentro de la guía de onda, la velocidad del pulso se reduce. Se dispara un montón de electrones a la parte central de la guía de onda justo a tiempo para viajar junto con el pulso. "Este esquema aumenta la región de interacción entre el pulso de terahercios y el grupo de electrones hasta el rango de centímetros - comparado con unos pocos milímetros en experimentos anteriores", informa Zhang.
El dispositivo no produjo una gran aceleración en el laboratorio. Sin embargo, el equipo pudo probar el concepto demostrando que los electrones ganan energía en la guía de ondas. "Es una prueba de concepto. La energía de los electrones aumentó de 55 a unos 56,5 kilo voltios de electrones", dice Zhang. "Se puede lograr una mayor aceleración usando un láser más fuerte para generar los pulsos de terahercios".
La configuración está diseñada principalmente para el régimen no relativista, lo que significa que los electrones tienen velocidades que no están tan cerca de la velocidad de la luz. Curiosamente, este régimen permite un reciclaje del pulso de terahercios para una segunda etapa de aceleración. "Una vez que el pulso de terahercios deja la guía de ondas y entra en el vacío, su velocidad se restablece a la velocidad de la luz", explica Zhang. "Esto significa que el pulso supera al grupo de electrones más lento en un par de centímetros. Colocamos una segunda guía de onda a la distancia justa para que los electrones entren en ella junto con el pulso de terahercios que es de nuevo ralentizado por la guía de onda. De esta manera, generamos una segunda sección de interacción, aumentando aún más las energías de los electrones".
En el experimento de laboratorio, sólo una pequeña fracción del pulso de terahercios pudo ser reciclada de esta manera. Pero el experimento muestra que el reciclaje es posible en principio, y Zhang confía en que la fracción reciclada puede ser incrementada sustancialmente. Nicholas Matlis, científico principal y líder del equipo del proyecto en el grupo CFEL, enfatiza: "Nuestro esquema en cascada reducirá en gran medida la demanda del sistema láser requerido para la aceleración de electrones en el régimen no relativista, abriendo nuevas posibilidades para el diseño de aceleradores basados en terahercios".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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