10 厘米实现 3 公里的加速效果，科学家研发超紧凑型粒子加速器

CTOnews.com 11 月 29 日消息，美国目前能产生 100 亿电子伏特粒子束的加速器仅有 2 台，且每个加速器长度约为 1.9 英里（3 公里）。

TAU Systems 公司近日建立了一个超级紧凑的粒子加速器，可以在 10 厘米（4 英寸）长度上达到 100 亿电子伏特粒子束。

TAU 目前已经在实验室环境下搭建了充满氦气的气室，不过还需要一个庞大的激光器来引导。

TAU 使用了位于得克萨斯大学奥斯汀分校高能量密度科学中心的得克萨斯千瓦激光器，该激光器放置在 10 米（34 英尺）的长桌上。

得克萨斯千瓦激光器能发射超强激光，能量水平是全美国装机容量的 1000 倍，但每小时只能发射一次，而且只能持续 150 飞秒，即闪电放电时间的十亿分之一。

TAU 搭建了整个测试设备，长度不超过 20 米（66 英尺），然后发射 10 GeV 光束。

常规粒子加速器实际上是一系列环，对这些环施加正电压后，可以吸引电子。这些环按顺序通电，将电子拉过隧道的速度越来越快，并且在电子到达隧道之前关闭所有环。

然而，激光驱动的尾流场加速器或多或少地将光脉冲本身变成等离子体波，导致粒子追逐它并在很短的距离内收集非凡的速度和能量。

TAU 的设备使用一个充满氦气的小腔室。当 Petawatt 激光器通过这种气体发射光脉冲时，脉冲的巨大能量将气体电离成等离子体。当它穿过这个等离子体时，脉冲会在它身后留下一个尾流，就像一艘船在水中行驶时离开一样 -- 除了在这种情况下，它会产生极其强大的电荷波动。

CTOnews.com附上论文参考地址如下：Constantin Aniculaesei, Thanh Ha, Samuel Yoffe, Lance Labun, Stephen Milton, Edward McCary, Michael M. Spinks, Hernan J. Quevedo, Ou Z. Labun, Ritwik Sain, Andrea Hannasch, Rafal Zgadzaj, Isabella Pagano, Jose A. Franco-Altamirano, Martin L. Ringuette, Erhart Gaul, Scott V. Luedtke, Ganesh Tiwari, Bernhard Ersfeld, Enrico Brunetti, Hartmut Ruhl, Todd Ditmire, Sandra Bruce, Michael E. Donovan, Michael C. Downer, Dino A. Jaroszynski, Bjorn Manuel Hegelich; The acceleration of a high-charge electron bunch to 10 GeV in a 10-cm nanoparticle-assisted wakefield accelerator. Matter Radiat. Extremes 1 January 2024; 9 (1): 014001. https://doi.org/10.1063/5.0161687