Een team van onderzoekers van DESY heeft een belangrijke mijlpaal bereikt op weg naar de deeltjesversneller van de toekomst. Voor de eerste keer, een zogenaamde laserplasmaversneller draait al meer dan een dag terwijl hij continu elektronenstralen produceert. De LUX-bundellijn, gezamenlijk ontwikkeld en beheerd door DESY en de Universiteit van Hamburg, een looptijd van 30 uur behaald. "Dit brengt ons een grote stap dichter bij de stabiele werking van deze innovatieve deeltjesversnellertechnologie, " zegt Andreas R. Maier van DESY, de leider van de groep. De wetenschappers rapporteren over hun record in het tijdschrift Fysieke beoordeling X . "De tijd is rijp om laserplasmaversnelling van het laboratorium naar praktische toepassingen te verplaatsen, " voegt de directeur van DESY's Accelerator Division toe, Wim Leemans.

Natuurkundigen hopen dat de techniek van laserplasmaversnelling zal leiden tot een nieuwe generatie krachtige en compacte deeltjesversnellers met unieke eigenschappen voor een breed scala aan toepassingen. Bij deze techniek, een laser- of energetische deeltjesstraal creëert een plasmagolf in een fijn capillair. Een plasma is een gas waarin de gasmoleculen van hun elektronen zijn ontdaan. LUX gebruikt waterstof als gas.

"De laserpulsen banen zich een weg door het gas in de vorm van smalle schijven, de elektronen ontdoen van de waterstofmoleculen en ze opzij vegen als een sneeuwploeg, " legt Maier uit, die werkt bij het Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), een gezamenlijke onderneming tussen DESY, de Universiteit van Hamburg en de Max Planck Society. "Elektronen in het kielzog van de puls worden versneld door de positief geladen plasmagolf voor hen - net zoals een wakeboarder op de golf achter de achtersteven van een boot rijdt."

Dit fenomeen stelt laserplasmaversnellers in staat om versnellingssterkten te bereiken die tot duizend keer groter zijn dan wat zou kunnen worden geleverd door de krachtigste machines van vandaag. Plasmaversnellers zullen compactere en krachtigere systemen mogelijk maken voor een breed scala aan toepassingen, van fundamenteel onderzoek tot geneeskunde. Voordat deze apparaten in de praktijk kunnen worden gebruikt, moeten nog een aantal technische uitdagingen worden overwonnen. "Nu we onze bundellijn voor langere tijd kunnen gebruiken, zullen we in een betere positie zijn om deze uitdagingen aan te gaan, ’ legt Maier uit.

Tijdens de recordbrekende non-stop operatie, de natuurkundigen versnelden meer dan 100, 000 elektronenbundels, elke seconde een. Dankzij deze grote dataset de eigenschappen van de versneller, de laser en de trossen kunnen veel nauwkeuriger worden gecorreleerd en geanalyseerd. "Ongewenste variaties in de elektronenbundel kunnen worden herleid tot specifieke punten in de laser, bijvoorbeeld, zodat we nu precies weten waar we moeten beginnen om een ​​nog betere deeltjesbundel te produceren, ", zegt Maier. "Deze aanpak legt de basis voor een actieve stabilisatie van de balken, zoals wordt ingezet op elke high performance accelerator in de wereld, ", legt Leemans uit.

Volgens Maier, de sleutel tot succes was het combineren van expertise uit twee verschillende gebieden:plasmaversnelling en knowhow in stabiele versnellerwerking." Beide zijn verkrijgbaar bij DESY, wat in dit opzicht ongeëvenaard is in de wereld, benadrukt Maier. Volgens hem talrijke factoren hebben bijgedragen aan de stabiele werking op lange termijn van de versneller, van vacuümtechnologie en laserexpertise tot een uitgebreid en geavanceerd besturingssysteem. "In principe, het systeem had nog langer kunnen blijven draaien, maar we stopten het na 30 uur, " meldt Maier. "Sindsdien, we hebben dergelijke runs nog drie keer herhaald."

"Dit werk toont aan dat laserplasmaversnellers een reproduceerbare en controleerbare output kunnen genereren. Dit biedt een concrete basis om deze technologie verder te ontwikkelen, om toekomstige lichtbronnen op basis van versnellers te bouwen bij DESY en elders, ’ vat Leemans samen.