Нрвосибирские ученые предложили метод протонного ускорения частиц, который успешно применили в ЦЕРН

Фото: ria-sibir.ru

*        На кончике пера    





В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) впервые удалось ускорить электроны с помощью волны, создаваемой сгустком протонов в плазме. Электроны с начальной энергией 19 МэВ пролетели в плазме 10 метров и увеличили энергию более чем в 100 раз - до 2 ГэВ.

Новый способ позволит уменьшить размеры, а значит и затраты на строительство будущих установок. В разработке принимали участие специалисты из 10 стран мира, в том числе и ученые Института ядерной физики имени Г. И. Будкера, которые создали теоретическую модель и показали возможность успешного применения метода протонного ускорения. Результаты опубликованы в журнале Nature .

Традиционный способ ускорения частиц до высоких энергий предполагает использование высокочастотных резонаторов, проходя через которые, пучки ускоряются под действием электромагнитного поля.

В 2013 году  в  ЦЕРН  началась  работа  над  проектом AWAKE (Advanced proton-driven plasma WaKefield Acceleration Experiment»). Его основная задача - экспериментально подтвердить возможность использования альтернативного метода, при котором частицы летят сквозь плазму и ускоряются под действием волн, возникающих в ней.

"Команда Института ядерной физики отвечала за моделирование физических процессов в эксперименте, - комментирует лидер проекта AWAKE Эдда Гшвентер, - это позволило определить, как нам строить установку, какие у нее будут параметры, какие инженерные особенности. Физики из Новосибирска помогли найти ответы на вопросы о том, как будет себя вести пучок протонов в плазме, как будет происходить процесс самомодуляции. На основе этих расчетов мы и построили установку".

Теоретический координатор проекта AWAKE - главный научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН, доктор физико-математических наук, профессор   Константин Лотов. Он отмечает, что идея кильватерного ускорения в плазме возникла еще в 70-х годах прошлого века.

"Это название появилось из-за аналогии со следом на поверхности воды, который остается за кормой идущего судна. Пучок-драйвер, проходя через плазму, создает в ней волну и таким образом разгоняет электроны, летящие следом. Раньше в качестве драйвера использовались пучки электронов или мощные лазерные импульсы. Мы же нашли способ использовать протонный пучок, в котором в тысячи раз больше энергии, чем в самых лучших электронных и лазерных драйверах. За протонным драйвером электроны летят в одной длинной плазменной секции - и это довольно простая конструкция. Другие же драйверы надо периодически заменять на "свежие", делать много небольших секций - это гораздо сложнее, поэтому наш вариант ближе к практическому воплощению", - поясняет Константин Лотов.

По его словам, новая технология позволит при существующих размерах ускорителей примерно в сто раз увеличить энергию электронных и позитронных пучков, доступных в эксперименте.

"Следующий шаг в проекте AWAKE, - пояснила Эдда Гшвентер, - работа над качеством пучка и над возможными физическими приложениями использования этого метода… В этом нам также понадобятся работы института имени Будкера, так как у нас очень много вопросов. Как много мы сможем ускорить частиц? Какой длины должна быть плазменная ячейка? Сколько должно быть таких ячеек? Каким должен быть между ними зазор? Это важно, во-первых, для обоснования следующего этапа проекта, во-вторых, для прогнозирования успешности будущих экспериментов".

Для проведения эксперимента AWAKE используется синхротрон SPS – один из ускорителей, обеспечивающих протонами Большой адронный коллайдер. Протоны из SPS, имеющие энергию 400 ГэВ, выпускаются в так называемую плазменную секцию, в которой находится газ рубидий, нагретый до 200°С. Одновременно с этим лазерный импульс выбивает электроны из атомов газа и превращает его в плазму. Сквозь плазму летит протонный пучок, который и создает в ней колебания – кильватерные волны. Эти волны разгоняют электроны, которые выпускаются в плазму с относительно низкой энергией под определенным углом. На другом конце плазменной секции находится дипольный магнит, который направляет ускоренные электроны на детектор.

Сила, с которой ускоритель разгоняет частицы, называется темп ускорения и измеряется в мегаэлектронвольтах на метр (МэВ/м). Чем больше темп ускорения, тем короче требуется ускоритель. Самый большой линейный коллайдер SLC, в котором для ускорения частиц использовались ВЧ-резонаторы, имел номинальный темп ускорения 17 МэВ/м. Он работал в Стэндфорте с 1989 по 1998 год.

В AWAKE удалось ускорить электроны до 2 ГэВ на расстояние 10 м, а это значит, что темп ускорения в среднем составляет 200 МэВ/м. Ученые надеются, что в будущем удастся достичь показателя 1000 МэВ/м.

Как отметила руководитель пресс-службы ИЯФ СО РАН Алла Сковородина , с самого начала работа над проектом AWAKE шла очень быстро. Инженерно-строительные работы начались в 2014 году, а в начале 2016 года была установлена плазменная секция. Несколько месяцев спустя для проверки экспериментального оборудования сквозь нее были пропущены первые пучки протонов. В конце 2016 года были зарегистрированы первые кильватерные волны.



 
По теме
____thumb_main - Sibnovosti.ru В Институте ядерной физики имени Будкера СО РАН (ИЯФ) запустили мощного инжектора пучка атомов водорода с проектной энергией частиц до одного миллиона электрон-вольт.
13.09.2018
Моя будущая профессия: состоялось награждение победителей конкурса эссе - Министерство труда и занятости В региональном министерстве труда и социального развития наградили победителей областного конкурса эссе «Моя будущая профессия» в номинациях «Печатное эссе» и «Видео-эссе» среди старшеклассников общеобразовательных школ
22.05.2019
 
JPG Файл - ГУ МВД Новосибирской области С целью снижения аварийности с участием детей на территории города и предотвращения таких ДТП в летний период,
22.05.2019 ГУ МВД Новосибирской области
Студенческая конференция с участием школьников - НГАУ 21 мая 2019 года в Томском сельскохозяйственном институте – филиале Новосибирского ГАУ состоялась конференция «Цифровое образование: матрица возможностей» в рамках XXI Всероссийской научно-практической конференции студентов,
22.05.2019 НГАУ
Чтобы знать на «ять»! - Газета Бумеранг Традиционное шествие с изображениями букв древнеславянского языка прошло 18 мая Добрая традиция, инициированная руководством Православной гимназии имени Преподобного Сергия Радонежского,
22.05.2019 Газета Бумеранг
Приглашение на WRO-2019 получила школа №112 Ученики инженерных классов школы №112 будут представлять Российскую Федерацию на Всемирных соревнованиях по мобильной робототехнике.
22.05.2019 Газета Бумеранг
Совет молодых ученых и специалистов при правительстве Новосибирской области обсудил проект изменений в областной закон, предусматривающий увеличение государственной финансовой поддержки молодых ученых.
22.05.2019 Газета Навигатор
Курица1.jpg - Газета Бумеранг Бродвейское фэнтези XXI века показал театр «Глобус» Ремейк на сказку Антония Погорельского «Черная курица, или Подземные жители» представили в новосибирском «Глобусе».
22.05.2019 Газета Бумеранг
Л4.jpg - Газета Бумеранг В гостях у «Бумеранга» – актриса театра-студии «Актерский цех 1961» Екатерина Литвиненко С 27 по 31 марта в Новосибирске проходил V открытый фестиваль-конкурс молодежных любительских театров «АПАРТЕ».
22.05.2019 Газета Бумеранг
Приморский1.JPG - Газета Бумеранг Юбилей английского драматурга у моря Обского Музейная ночь «С юбилеем, Вильям!» состоялась 18 мая в Доме культуры «Приморский».
22.05.2019 Газета Бумеранг
Виртуальную экскурсию по музеям мира провели в библиотеке им. Лаврентьева Юные читатели библиотеки им.
22.05.2019 Газета Бумеранг
Традиционное шествие с изображениями букв древнеславянского языка прошло 18 мая Добрая традиция, инициированная руководством Православной гимназии имени Преподобного Сергия Радонежского,
22.05.2019 Газета Бумеранг
В Багане прошел конкурс «Юный пахарь» - Единая Россия В состязаниях приняли участие школьники района В селе Мироновка Баганского района прошел конкурс «Юный пахарь» среди учащихся общеобразовательных школ.
22.05.2019 Единая Россия
Международный Сибирский транспортный форум открывается в Новосибирске - FlashSiberia источник: FlashSiberia Международный VIII Сибирский транспортный форум открывается в среду в Новосибирске одновременно с выставкой транспорта и инфраструктуры TransSiberia 2019, форум посвящен реализации нацпроектов,
22.05.2019 FlashSiberia
Последний Ту-134 прилетел в Новосибирск, он станет экспонатом музея авиации - FlashSiberia источник: FlashSiberia Последний эксплуатировавшийся в России пассажирский самолет Ту-134 во вторник прилетел из Мирного в Новосибирск, сообщает онлайн-табло новосибирского аэропорта Толмачево.
22.05.2019 FlashSiberia
Температурный режим подачи горячей воды в многоквартирные дома Новосибирска и в целом итоги минувшего отопительного сезона, реализация государственной программы по обеспечению жильем молодых семей,
22.05.2019 49 канал Новосибирск
Комиссия Управления ФАС по Новосибирской области частично удовлетворила жалобы на электронный аукцион, в ходе которого определялся подрядчик работ по благоустройству Сквера Славы (Монумента Славы) в Ленинском районе Новосибирска.
22.05.2019 Новая Сибирь