Настольный ускоритель: Микросопла и лазеры заменят гигантские ускорители

Энергия

Редакционная группа сайта «Технологические инновации» - 26.06.2025

Твердый водородный стержень встроен в алюминиевое микросопло, которое направляет и фокусирует поток плазмы для оптимизации ускорения протонов. [Фото: Масакацу Мураками]

Микросопловой ускоритель

Пучки частиц с энергией в диапазоне гигаэлектронвольт (ГэВ), которые в настоящее время считаются достижимыми только с помощью крупных ускорителей частиц, вскоре можно будет генерировать в компактных конфигурациях, что не только значительно удешевит использование этой технологии, но и откроет путь для ее использования в более мелких приложениях.

Масакацу Мураками и его коллеги из Университета Осаки в Японии разработали новую концепцию, которую они назвали микросопловым ускорением.

Разработав микромишень с малыми характеристиками, похожую на форсунку впрыска топлива автомобиля, и облучая ее очень интенсивными, но также очень быстрыми лазерными импульсами, команда разработала новый способ генерации высококачественных протонных пучков ГэВ-класса: первый в мире.

В отличие от традиционных методов ускорения на основе лазера, которые используют плоские мишени и достигают пределов энергии ниже 100 мегаэлектронвольт (МэВ) (1 ГэВ = 1000 МэВ), структура микросопла позволяет добиться устойчивого и постепенного ускорения протонов в квазистатическом электрическом поле, создаваемом внутри мишени.

Численное моделирование показывает, что новый механизм позволит получать протоны с энергией более 1 ГэВ, обеспечивая при этом превосходное качество и стабильность пучка.

Ускорение микросопла использует крошечное сопло, в котором находится стержень твердого водорода (H-стержень), точно расположенный около шейки сопла для максимального выхода протонов. Действуя как «линза мощности», микросопло фокусирует падающую лазерную энергию на H-стержень, обеспечивая эффективное и локализованное осаждение энергии. [Изображение: M. Murakami et al. - 10.1038/s41598-025-03385-x]

Это стоит проверить.

Теперь, когда проект готов и математически подтвержден, экспериментаторам и инженерам придется поработать руками, чтобы продемонстрировать, что проект работает на практике.

Этому во многом будут способствовать компактные размеры нового ускорителя по сравнению с гигантскими ускорителями, на проектирование и строительство которых уходят десятилетия.

И это стоит проверить, поскольку ускорители протонов высокой энергии находят применение не только в фундаментальной физике, но и в ядерных реакторах на основе лазеров, а также в более компактных и точных системах для терапии рака.

«Это открытие открывает новые возможности для компактного, высокоэффективного ускорения частиц», — сказал Мураками. «Мы считаем, что этот метод имеет потенциал для революции в таких областях, как лазерная термоядерная энергетика, передовая радиотерапия и даже лабораторная астрофизика».

Другие новости о:

Больше тем