Wetenschap
Een artistieke weergave van de laserstripmethode. Getoond van rechts naar links:het binnenkomende waterstofdeeltje met twee elektronen (rood) (rechts), het eerste elektron gestript in een magnetisch veld, de excitatie (paarse bundel) van het resterende elektron door de laser (midden), en tenslotte het resterende elektron afgestript door een tweede magnetisch veld en het resulterende protondeeltje (geel) (links). Krediet:US Department of Energy
Veel grootschalige versnellers leveren korte, krachtige pulsen van protonenbundels. Het creëren van de bundels omvat het accumuleren van meerdere bundelpulsen met lager vermogen om een enkele bundelpuls met hoog vermogen te produceren. Vandaag, de haalbare protonenbundelvermogens worden beperkt door de technologie die wordt gebruikt om de binnenkomende pulsen samen te voegen tot een uiteindelijke bundelpuls. Om deze beperking op te lossen, wetenschappers demonstreerden een nieuwe techniek, laserstrippen genoemd. De aanpak maakt gebruik van een krachtige laser en twee magneten.
De nieuwe benadering kan een revolutie teweegbrengen in de manier waarop krachtige protonenbundels worden gegenereerd in versnellers. Wetenschappers gebruiken de stralen om lastige vragen over materialen te beantwoorden. De industrie gebruikt de balken in medische en veiligheidstoepassingen. Laserstrippen betekent versnellers van de volgende generatie met aanzienlijk hogere straalvermogens. Hogere bundelvermogens resulteren in hogere deeltjesproductie en hogere deeltjesbotsingssnelheden.
De conventionele methode voor het samenvoegen van bundelpulsen begint met een inkomende puls van bekrachtigde waterstofionen, H-, of een proton met twee elektronen, voegt de ionen samen met een circulerende protonenbundel in een ring, stript vervolgens de H-ionen van hun elektronen om alleen protonen in de bundel achter te laten. Het strippen van elektronen wordt uitgevoerd door de zojuist samengevoegde, dual-species-straal door een micrometerdunne film gemaakt van een laag atoomnummer, materiaal met hoog smeltpunt, een stripperfolie genoemd. Deze stripperfolies breken af bij hoge temperaturen. De degradatie beperkt de haalbare vermogensdichtheid van de protonenbundel. De laserstriptechniek is een nieuwe methode om de elektronen uit een geactiveerde H-straal te verwijderen zonder enige materiële interactie.
Als resultaat, het is schaalbaar tot willekeurig grootlicht. Bij de laserstripmethode een magneet verwijdert het zwak gebonden buitenste elektron van het H-ion, verandert het in een neutraal waterstofatoom. Het strak gebonden binnenste elektron wordt vervolgens door een laser geëxciteerd tot een losjes gebonden toestand waar het kan worden gestript door een tweede dipoolmagneet om een proton te produceren.
In het experiment dat onlangs is uitgevoerd bij de versneller Spallation Neutron Source, wetenschappers demonstreerden de laserstriptechniek voor een 10 microseconde puls van een 1 gigaelektronvolt energie H-straal met behulp van commerciële lasertechnologie. De bereikte efficiëntie van het strippen van elektronen was meer dan 95 procent, vergelijkbaar met typische efficiënties in de conventionele op folie gebaseerde methode. Dit was de eerste demonstratie van de techniek voor realistische tijdschaalbundels in een versneller. De techniek was een toename van de pulsduur met een factor 1000 vergeleken met een eerdere demonstratie waarbij minder realistische schalen werden gebruikt.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com