Физики построили лазерный ускоритель нейтральных частиц
29-01-2013, 20:48 // Источник - Детали мира
Ученые создали компактный лазерный ускоритель. Эта новость интересна тем, что речь идет об ускорении нейтральных атомов, а не заряженных частиц.
Разогнать заряженную частицу хоть до околосветовых скоростей — задача, которая давно решается массово и в промышленных целях. Ускорителями облучают раковые опухоли, пробивают микроскопические отверстия в разных материалах, их используют в рентгеновских лазерах и общий принцип работы такой техники понятен любому школьнику. Заряженная частица в электрическом поле начинает двигаться в сторону электрода, чей заряд противоположен заряду частицы, ну а магнитным полем эту частицу можно повернуть в нужном направлении. Все варианты ускорителей — циклотроны, синхротроны, синхрофазотроны и прочее — это уже подробности, которые изучают студенты-физики.
Но как разогнать частицы, у которых нет заряда? Пучок нейтронов, положим, можно получить на выходе из ядерного реактора, там это продукт радиоактивного распада. А если нужно, скажем, получить быстро движущиеся атомы какого-нибудь аргона? Задача, прямо скажем, не из числа исключительно теоретических, так как нейтрально заряженными атомами можно было бы обстреливать разные материалы и за счет этого создавать тончайшие покрытия, необходимые для, скажем, деталей термоядерного реактора. В новом выпуске Nature Physics группа ученых из Института фундаментальных исследований Тата в Индии делится описанием установки, которая разгоняет атомы аргона до скоростей, соответствующих энергии около одного мегаэлектронвольта. В миллионы раз большей, чем предыдущие результаты!
Напомним, что электронвольтом (эВ) называют единицу измерения энергии, равную энергии электрона, пролетевшего между контактами с разностью потенциалов в один вольт. Кванты света имеют энергию в один-два эВ, рентгеновские лучи — это тысячи и десятки тысяч КэВ, в МэВ-ах измеряют энергию продуктов ядерных реакций, ну а ГэВ и ТэВ — это уже коллайдеры и астрофизические процессы. А энергия химической связи — от долей до нескольких эВ; в микромире эта величина намного удобнее основной единицы системы СИ, джоуля.
Индийский лазерный ускоритель сначала ионизирует атомы и тем самым обходит фундаментальное ограничение, вызванное невозможностью воздействия на нейтральные частицы электромагнитным полем. Потом следует короткий лазерный импульс, который, как гласит опять-таки еще школьный курс физики, является электромагнитной волной. Волна толкает ионы, а далее эти ионы встречаются с оторванными ранее электронами и снова превращаются в обычные атомы. Все. Правда, это лишь в кратком и предельно упрощенном пересказе. На деле, конечно, есть целый ряд нюансов.
Например, сама по себе электромагнитная волна частицы ускорять не может, хотя и может оказывать на них давление — свет чуть-чуть давит на все тела и даже газы. Частицы ускоряются не просто импульсом света, а тем электромагнитным полем, которое возникает при его прохождении через среду. Световой импульс сам расталкивает в сторону электроны, оставляя на месте намного более массивные ионы, в результате чего сразу за лучом возникает разность потенциалов — ведь положительные и отрицательные заряды теперь разнесены в разные места. Эта разность потенциалов достигает многих гигавольт на метр и она-то уже и обеспечивает ускорение (так называемое кильватерное ускорение частиц). Но чтобы добиться такого эффекта нужны мощные лазеры и прочая сложная экспериментальная техника. Лазерные ускорители активно изучают и многие физики считают, что со временем они составят конкуренцию если не большим коллайдерам, то ускорителям поменьше.
Разогнать заряженную частицу хоть до околосветовых скоростей — задача, которая давно решается массово и в промышленных целях. Ускорителями облучают раковые опухоли, пробивают микроскопические отверстия в разных материалах, их используют в рентгеновских лазерах и общий принцип работы такой техники понятен любому школьнику. Заряженная частица в электрическом поле начинает двигаться в сторону электрода, чей заряд противоположен заряду частицы, ну а магнитным полем эту частицу можно повернуть в нужном направлении. Все варианты ускорителей — циклотроны, синхротроны, синхрофазотроны и прочее — это уже подробности, которые изучают студенты-физики.
Но как разогнать частицы, у которых нет заряда? Пучок нейтронов, положим, можно получить на выходе из ядерного реактора, там это продукт радиоактивного распада. А если нужно, скажем, получить быстро движущиеся атомы какого-нибудь аргона? Задача, прямо скажем, не из числа исключительно теоретических, так как нейтрально заряженными атомами можно было бы обстреливать разные материалы и за счет этого создавать тончайшие покрытия, необходимые для, скажем, деталей термоядерного реактора. В новом выпуске Nature Physics группа ученых из Института фундаментальных исследований Тата в Индии делится описанием установки, которая разгоняет атомы аргона до скоростей, соответствующих энергии около одного мегаэлектронвольта. В миллионы раз большей, чем предыдущие результаты!
Напомним, что электронвольтом (эВ) называют единицу измерения энергии, равную энергии электрона, пролетевшего между контактами с разностью потенциалов в один вольт. Кванты света имеют энергию в один-два эВ, рентгеновские лучи — это тысячи и десятки тысяч КэВ, в МэВ-ах измеряют энергию продуктов ядерных реакций, ну а ГэВ и ТэВ — это уже коллайдеры и астрофизические процессы. А энергия химической связи — от долей до нескольких эВ; в микромире эта величина намного удобнее основной единицы системы СИ, джоуля.
Индийский лазерный ускоритель сначала ионизирует атомы и тем самым обходит фундаментальное ограничение, вызванное невозможностью воздействия на нейтральные частицы электромагнитным полем. Потом следует короткий лазерный импульс, который, как гласит опять-таки еще школьный курс физики, является электромагнитной волной. Волна толкает ионы, а далее эти ионы встречаются с оторванными ранее электронами и снова превращаются в обычные атомы. Все. Правда, это лишь в кратком и предельно упрощенном пересказе. На деле, конечно, есть целый ряд нюансов.
Например, сама по себе электромагнитная волна частицы ускорять не может, хотя и может оказывать на них давление — свет чуть-чуть давит на все тела и даже газы. Частицы ускоряются не просто импульсом света, а тем электромагнитным полем, которое возникает при его прохождении через среду. Световой импульс сам расталкивает в сторону электроны, оставляя на месте намного более массивные ионы, в результате чего сразу за лучом возникает разность потенциалов — ведь положительные и отрицательные заряды теперь разнесены в разные места. Эта разность потенциалов достигает многих гигавольт на метр и она-то уже и обеспечивает ускорение (так называемое кильватерное ускорение частиц). Но чтобы добиться такого эффекта нужны мощные лазеры и прочая сложная экспериментальная техника. Лазерные ускорители активно изучают и многие физики считают, что со временем они составят конкуренцию если не большим коллайдерам, то ускорителям поменьше.
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.