Cara Baru untuk Mengukur Berkas Elektron Pengaturan Rekaman

Cara Baru untuk Mengukur Berkas Elektron Pengaturan Rekaman


Newswise – Fisikawan di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi AS (Lab Berkeley) sedang mencari cara baru untuk mempercepat elektron mencapai rekor energi tinggi pada jarak pendek rekor dengan teknik yang menggunakan pulsa laser dan materi eksotis yang dikenal sebagai plasma. Tetapi mengukur sifat berkas elektron berenergi tinggi yang dihasilkan dalam eksperimen percepatan laser-plasma telah terbukti menantang, karena laser berintensitas tinggi harus dialihkan tanpa mengganggu berkas elektron.

Sekarang, sistem baru yang ringkas telah berhasil didemonstrasikan di Berkeley Lab Laser Accelerator (BELLA) Center untuk memberikan pengukuran resolusi tinggi secara simultan dari beberapa properti berkas elektron.

Sistem baru ini menggunakan film kristal cair yang sangat tipis, yang dikembangkan oleh Prof. Douglass Schumacher dan timnya di Ohio State University, untuk mengarahkan laser sambil membiarkan berkas elektron melewatinya, sebagian besar tidak terpengaruh. Laser membentuk plasma yang memantulkan sebagian besar sinar lasernya.

Sementara setiap denyut laser menghancurkan film kristal cair, mirip dengan mesin gelembung, film kristal cair diisi ulang dengan piringan pemutar dan perangkat penghapus setelah setiap tembakan laser. Film yang dibentuk oleh perangkat ini hanya memiliki ketebalan puluhan nanometer (sepermiliar meter), sekitar satu faktor 1.000 lebih tipis daripada yang ada di sistem cermin plasma yang dapat diisi ulang lainnya yang menggunakan pita kaset VHS, misalnya. Pengurangan ketebalan ini berfungsi untuk mempertahankan sifat berkas elektron.

Pembelokan sinar laser dari berkas elektron sangat penting untuk menghasilkan diagnostik yang tepat dari berkas elektron, kata Jeroen van Tilborg, seorang ilmuwan staf BELLA Center, dan juga penting untuk percobaan percepatan laser-plasma multistage, di mana laser pulsa disegarkan pada setiap tahap untuk memberikan “tendangan” tambahan percepatan untuk berkas elektron hingga mencapai percepatan yang diperlukan.

Liquid-crystal plasma mirror (LCPM) juga memungkinkan penggunaan perangkat pemfokusan kuat sepanjang 6 sentimeter berisi gas untuk berkas elektron, yang dikenal sebagai lensa plasma aktif.

Lensa ini memungkinkan alternatif ringkas untuk alat diagnostik besar yang disebut perangkat spektrometer magnetik, yang memiliki magnet besar yang beratnya lebih dari satu ton dan disambungkan ke catu daya besar.

“Kami dapat mengganti ini dengan magnet dipol (dua kutub) seukuran sandwich,” kata Sam Barber, seorang ilmuwan peneliti di BELLA Center di Divisi Teknologi Akselerator dan Fisika Terapan (ATAP) Lab Berkeley Lab. “Akselerator plasma laser dapat menghasilkan elektron berenergi tinggi dalam bentuk yang ringkas, tetapi masih banyak yang dapat dilakukan untuk mengecilkan beberapa komponen, termasuk diagnostik berkas elektron.”

Dia menambahkan, “Ini adalah pengurangan skala yang sangat besar. Kami menggabungkan laser petawatt (daya tinggi) dengan LCPM ultrathin dan lensa plasma aktif – semua teknologi baru yang baru-baru ini dikembangkan. Kami menggabungkan ketiganya dan mendapatkan hasil yang bagus. Kami membuat langkah besar ke depan. Ada banyak sekali aplikasi baru yang dapat digunakan untuk itu. ”

Barber adalah penulis utama studi yang merinci kinerja dan pengaturan alat diagnostik baru, yang diterbitkan dalam jurnal Applied Physics Letters. Peneliti BELLA Center lainnya juga berpartisipasi dalam penelitian ini, bersama dengan peneliti dari UC Berkeley dan Ohio State University. Kemajuan terbaru didukung oleh LaserNetUS, jaringan fasilitas laser daya tinggi yang baru dibentuk.

Carl Schroeder, seorang ilmuwan senior Lab Berkeley yang merupakan wakil direktur BELLA Center, mengatakan bahwa selain kekompakannya, teknik diagnostik baru ini dapat mengumpulkan beberapa sifat berkas elektron sekaligus, termasuk distribusi energi terperinci dari berkas elektron dan pancaran berkas tersebut. , atas dasar tembakan tunggal. Emisi adalah sifat kritis berkas elektron yang menentukan seberapa rapat berkas tersebut dapat difokuskan. Pancaran rendah berarti pancaran dapat difokuskan ke titik yang sangat kecil, penting untuk sebagian besar aplikasi akselerator seperti colliders dan laser elektron bebas.

“Biasanya, ini adalah diagnostik multishot,” katanya, yang rata-rata pengukuran beberapa pulsa sinar tetapi tidak mengukur berdasarkan denyut-denyut – seperti halnya teknik baru.

Dalam pengaturan yang didemonstrasikan, laser difokuskan ke dalam sel gas, di mana ia menciptakan dan berinteraksi dengan plasma, menghasilkan dan mempercepat berkas elektron. Setelah melewati sel ini, berkas laser gabungan dan berkas elektron tiba di LCPM, di mana titik laser dibelokkan saat berkas elektron ditransmisikan – dengan gangguan yang dapat diabaikan.

Berkas elektron kemudian melewati lensa plasma aktif. Lensa digunakan untuk memfokuskan berkas elektron ke dalam rangkaian magnet kecil. Medan magnet menyebarkan elektron sesuai dengan energi – seperti cara penyebaran cahaya oleh warna saat melewati prisma.

Berkas elektron yang terdispersi kemudian melewati kristal khusus yang menghasilkan cahaya saat elektron melewatinya. Gambar resolusi tinggi dari tanda cahaya kristal memungkinkan pemetaan energi sinar elektron dengan resolusi sub-persen yang tepat, dan pengukuran emisi simultan.

Pengukuran pada akhirnya dapat membantu para peneliti untuk memecahkan masalah, menyetel, dan meningkatkan kinerja eksperimen percepatan laser-plasma, dan pengaturan tersebut berpotensi relevan untuk aplikasi collider masa depan dan laser elektron bebas sinar-X yang ringkas, catat para peneliti, yang dapat memiliki a beragam aplikasi.

“Anda ingin dapat dengan cepat mengkarakterisasi balok ini dan menggunakannya sebagai umpan balik untuk pengoptimalan,” kata Barber. “Ini berguna untuk karakterisasi dan kontrol properti berkas elektron.”

Studi ini didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS, yang juga mendukung BELLA Center, dan oleh Gordon and Betty Moore Foundation.

# # #

Didirikan pada tahun 1931 dengan keyakinan bahwa tantangan ilmiah terbesar sebaiknya ditangani oleh tim, Lawrence Berkeley National Laboratory dan para ilmuwannya telah diakui dengan 14 Hadiah Nobel. Saat ini, peneliti Berkeley Lab mengembangkan energi berkelanjutan dan solusi lingkungan, menciptakan bahan baru yang berguna, memajukan batas komputasi, dan menyelidiki misteri kehidupan, materi, dan alam semesta. Ilmuwan dari seluruh dunia mengandalkan fasilitas Lab untuk ilmu penemuan mereka sendiri. Berkeley Lab adalah laboratorium nasional multiprogram, yang dikelola oleh University of California untuk Kantor Sains Departemen Energi AS.

Kantor Sains DOE adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat, dan sedang berupaya untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi energy.gov/science.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author