קרינת סינכרוטרונים משופרת באמצעות צרורות אלקטרונים מקוצרות מציעה אור חזק דמוי לייזר, כאשר ניסויים אחרונים תומכים בהיתכנות שלה לחקר חומרים מתקדמים. קרדיט: twoday.co.il.com
טכניקה חדשה מקצרת צרורות אלקטרונים בטבעות אחסון כדי לייצר קרינת סינכרוטרונים חזקה וקוהרנטית יותר, בדומה ללייזרים בעלי הספק גבוה. שיטה זו נבדקה בהצלחה, מסמנת התקדמות לקראת סוג חדש של מקור קרינה שיכול להיות בעל השפעות משמעותיות על חקר החומרים.
צוות בינלאומי מציג את העיקרון הפונקציונלי של מקור חדש של קרינת סינכרוטרון תקשורת טבע פיזיקה. Stady-state microbunching (SSMB) מאפשר לבניין מקורות קרינה יעילים וחזקים לקרינת UV קוהרנטית בעתיד. זה מאוד אטרקטיבי עבור יישומים במחקר בסיסי גם בתעשיית המוליכים למחצה.
טבעות קרינה ואחסון סינכרוטרון
כאשר אלקטרונים אולטרה מהירים מוסטים, הם פולטים קרינת אור סינכרוטרון. זה משמש במה שנקרא טבעות אחסון שבהן מגנטים דוחפים את החלקיקים למסלול סגור. אור זה אינו קוהרנטי לאורך ומורכב מקשת רחבה של אורכי גל. הברק הגבוה שלו הופך אותו לכלי מצוין לחקר חומרים. ניתן להשתמש במונוכרומטורים כדי לבחור אורכי גל בודדים מהספקטרום, אך זה מפחית את עוצמת הקרינה בסדרי גודל רבים לערכים של כמה וואטים בלבד.
לייזר פועם מתפשט יחד עם קרן האלקטרונים דרך גליל MLS U125 ומטיל אפנון אנרגיה. אותו גליל משמש כרדיאטור במעברים הבאים של קרן האלקטרונים. הקרינה הגלתית מזוהה על ידי פוטודיודה מהירה, בעוד שפולס הלייזר נחסם מנתיב הזיהוי באמצעות מתג אלקטרו-אופטי. קרדיט: HZB/ פיזיקת תקשורת
התקדמות בדור אור קוהרנטי
אבל מה אם טבעת אחסון הייתה במקום זאת מספקת אור מונוכרומטי, קוהרנטי עם תפוקות של כמה קילוואט, בדומה ללייזר בעל הספק גבוה? הפיזיקאי אלכסנדר צ'או והדוקטורנט שלו דניאל רטנר מצאו תשובה לאתגר הזה ב-2010: אם צרורות האלקטרונים שמסתובבות בטבעת אגירה הופכות קצרות יותר מאורך הגל של האור שהן פולטות, הקרינה הנפלטת הופכת לקוהרנטית ולכן עוצמתית פי מיליוני .
"אתה צריך לדעת שהאלקטרונים בטבעת אחסון אינם מופצים בצורה הומוגנית", מסביר ארנולד קרושינסקי, דוקטורנט ב-HZB והמחבר הראשי של המאמר. "הם נעים בצרורות באורך טיפוסי של כסנטימטר ומרחק של כ-60 ס"מ. זה שישה סדרי גודל יותר מהמיקרו-חבורות שהציע אלכסנדר צ'או". התיאורטיקן הסיני Xiujie Deng הגדיר קבוצה של הגדרות עבור סוג מסוים של מאיץ מעגלי, טבעות האיזוכרון או "אלפא נמוך", עבור פרויקט Steady-State Micro-Bunching (SSMB). לאחר אינטראקציה עם לייזר, אלה יוצרים צרורות חלקיקים קצרות באורך מיקרומטר אחד בלבד.
פריצות דרך בטכניקות מיקרו-צרור
צוות המחקר מ-HZB, אוניברסיטת Tsinghua ו-PTB כבר הוכיח שזה עובד בניסוי הוכחת עיקרון בשנת 2021. הם השתמשו במקור האור המטרולוגי (MLS) באדלרשוף – טבעת האחסון הראשונה שתוכננה אי פעם לפעולת אלפא נמוכה. . הצוות הצליח כעת לאמת את התיאוריה של דנג ליצירת חבורות מיקרו בניסויים נרחבים. "עבורנו, זהו צעד חשוב בדרך לסוג חדש של מקור קרינה SSMB", אומר ארנולד קרושינסקי.
Jörg Feikes וסטודנט לדוקטורט ארנולד קרושינסקי בחדר הבקרה של BESSY II וה-MLS. קרדיט: אינה הלמס / HZB
נקודות מבט לעתיד ויעדים ארוכי טווח
עם זאת, מנהל הפרויקט של HZB, Jörg Feikes, בטוח שעד אז ייקח זמן מה. הוא רואה כמה הקבלות בין ה-SSMB לבין הפיתוח של לייזרים אלקטרונים חופשיים. "לאחר ניסויים ראשוניים ועשרות שנים של עבודת פיתוח, הרעיון הזה הפך למאיץ מוליך-על באורך קילומטר", הוא אומר. "התפתחויות כאלה הן ארוכות טווח מאוד. זה מתחיל ברעיון, אחר כך תיאוריה, ואז יש נסיינים שמממשים את זה בהדרגה ואני חושב ש-SSMB יתפתח באותו אופן".
