Команда физиков из Национальной лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory (Калифорния), достигла рекордных показателей мощности и тока электронного луча.
Согласно их публикации в журнале Physical Review Letters, исследователи смогли сгенерировать 100 килоампов тока всего за одну четверть секунды (это эквивалентно мощности, генерируемой несколькими крупными электростанциями одновременно), что стало возможным благодаря новому подходу к уплотнению электрического заряда в кратчайшие интервалы времени.
Как добились таких результатов?
В ускорителе электроны разгоняются до скоростей, приближающихся к 99 % от скорости света, с помощью мощных магнитов в вакууме, где они движутся по радиоволнам. Ученые сравнили электроны с гоночными автомобилями, стремительно мчащимися по овальной трассе. Однако при прохождении поворотов электроны вынуждены отклоняться, что приводит к потере части энергии — это явление известно как «чирп».
Для компенсации потерь в системе ученые использовали специально расположенные магниты, корректирующие траекторию электронов: частицы с более низкой энергией проходят несколько длинный путь, позволяющий более энергичным электронам догнать их, что приводит к сжатию «строки» частиц и усилению луча.
После нескольких циклов прохождения по ускорительной трассе луч становится одновременно мощнее и короче. В пиковом режиме импульс длился всего 0,3 микрометра. Такой прорыв в управлении электронным лучом может стать основой для новых разработок: от усовершенствования химических процессов до создания инновационных систем плазмы и глубокого изучения природы вакуума.
Особенность исследования заключается в использовании исключительно физических методов для усиления луча, без применения традиционных токсичных химических веществ. Это открытие демонстрирует, как тонкая настройка магнитных полей и точное управление траекторией электронов позволяет добиться ранее недостижимых результатов, что может положительно сказаться на развитии как фундаментальной науки.