Tafelversneller: micronozzles en lasers zullen gigantische versnellers vervangen

Energie

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 26-06-2025

Een vaste waterstofstaaf is ingebed in een aluminium micronozzle, die de plasmastroom kanaliseert en focust om de protonversnelling te optimaliseren. [Afbeelding: Masakatsu Murakami]

Micronozzle-versneller

Deeltjesbundels met energieën in het giga-elektronvolt (GeV)-bereik, die momenteel alleen haalbaar worden geacht met grote deeltjesversnellers, zouden binnenkort in compacte configuraties kunnen worden gegenereerd. Daarmee zou de techniek niet alleen veel goedkoper in gebruik worden, maar zou het ook de weg vrijmaken voor gebruik in kleinere toepassingen.

Masakatsu Murakami en collega's van de Universiteit van Osaka in Japan hebben een nieuw concept ontwikkeld dat zij micronozzle-versnelling noemen.

Door een microtarget te ontwerpen met kleine kenmerken - vergelijkbaar met de brandstofinjectiekop van een auto - en deze te bestralen met zeer intense, maar ook zeer snelle laserpulsen, ontwikkelde het team een ​​nieuwe manier om hoogwaardige GeV-klasse protonenbundels te genereren: een wereldprimeur.

In tegenstelling tot traditionele, op lasers gebaseerde versnellingsmethoden, die gebruikmaken van platte doelen en energielimieten bereiken van minder dan 100 mega-elektronvolt (MeV) (1 GeV = 1000 MeV), maakt de micronozzle-structuur het mogelijk om protonen aanhoudend en geleidelijk te versnellen in een quasi-statisch elektrisch veld dat in het doel wordt gecreëerd.

Numerieke simulaties tonen aan dat het nieuwe mechanisme ervoor zorgt dat de protonenergieën hoger kunnen zijn dan 1 GeV, met een uitstekende bundelkwaliteit en stabiliteit.

Micronozzle-versnelling maakt gebruik van een kleine nozzle met een vaste waterstofstaaf (H-staaf), die nauwkeurig nabij de nozzlehals is geplaatst om de protonopbrengst te maximaliseren. De micronozzle fungeert als een "powerlens" en focust de invallende laserenergie op de H-staaf, wat efficiënte en lokale energieafgifte mogelijk maakt. [Afbeelding: M. Murakami et al. - 10.1038/s41598-025-03385-x]

Het is de moeite waard om te testen

Nu het project klaar is en wiskundig is aangetoond, is het tijd voor de experimentatoren en ingenieurs om aan te tonen dat het project in de praktijk werkt.

Dit wordt grotendeels mogelijk gemaakt door de compacte afmetingen van de nieuwe versneller, vergeleken met gigantische versnellers, waarvan het ontwerpen en bouwen tientallen jaren kost.

En het zal de moeite waard zijn om het te testen, aangezien hoogenergetische protonenversnellers toepassingen hebben die verder reiken dan de fundamentele natuurkunde. Ze kunnen bijvoorbeeld worden toegepast in kernfusiereactoren op basis van lasers en in compactere, nauwkeurigere systemen voor kankertherapie.

"Deze ontdekking opent een nieuwe deur naar compacte, zeer efficiënte deeltjesversnelling", aldus Murakami. "Wij geloven dat deze methode de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in gebieden zoals laserfusie- energie, geavanceerde radiotherapie en zelfs astrofysica op laboratoriumschaal."

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen