Telekommunikatsioonitehnoloogiast inspiratsiooni ammutanud rahvusvaheline füüsikute töörühm esitas ajakirjas Nature Photonics ilmunud artiklis uue põlvkonna osakestekiirendi idee.
Koherentse võimendisõlme tööpõhimõte.
Rahvusvaheline Koherentne Võimendivõrk (International Coherent Amplification Network, CAN) koosneks laservalgust kandvate fiiberkaablikimpude massiividest. Uuest tehnoloogiast saaks kasu eelkõige arstid ning tuuma- ja osakestefüüsikud.
Kaasaja paremad laserid suudavad tekitada femtosekundi (10-15 s) pikkusi kuni 1015 W energiaimpulsse, mis vastab hetkeliselt tuhandekordsele Maa elektrijaamade väljundile. Võimsate laseritega seondub aga komplekt probleeme. Esiteks töötab tüüpiline võimas laser 1 Hz impulssrežiimil. Praktika vajab vähemalt 10000 Hz töösagedust. Teiseks on võimsad laserid ebaefektiivsed. Nende väljundvõimsus moodustab sisendist vaid protsendi murdosa. Vajalik väljund oleks mõõdetav kilo- või megavattides.
Uue põlvkonna laserkiirendite tehniliste murede lahendamiseks on töösse lülitatud ulatuslik rahvusvaheline koostööprojekt, millesse on kaasatud muuhulgas Euroopa Liit, École polytechnique, CERN ja Southamtoni Ülikool. Töörühma eesmärgiks on laserite efektiivsuse parendamine, nende hõlpsamini juhitavaks muutmine, ajas keskmistatud väljundvõimsuse tõstmine ning laseri monoliitse aktiivkeskkonna asendamine fiiberoptilise süsteemiga.
„Uue laseri olulisemaid tõestatud rakendusi on osakeste kiirendamine trajektooril, mida mõõdetakse kilomeetrite asemel sentimeetrites. Kõrge energia füüsika tulevik on piiratud kiirendite üüratu suuruse ning maksumusega. Väiksem ning odavam kiirendi tähendab uut teadust,“ ütles töörühma juht ja École polytechnique teadlane Gérard Mourou.
„CAN laser sisaldab tuhandeid fiibrikimpe. Iga dioodlaseriga toidetav fiiber kannab väikest hulka laseri koguenergiast. Nii saab kasutada varem põhjaliku katseprotsessi läbinud telekommunikatsioonitehnoloogiat. Fiibrikimbul on ka suurem pindala, mis teeb jahutamise lihtsamaks ja töötsükli kiiremaks,“ lisas ORC teadlane Bill Brocklesby.
„Tehniliselt keerukaim on üksikute fiiberlaserite faaside ühildamine. Faasid peavad kattuma laservalguse lainepikkuse murdosa täpsusega. Varem näis see ülesanne ületamatuna. Nüüd aga on probleem lahendatud. Kiirendasime 10 kHz töösagedusega laseril elektrone kuni 10 GeV energiani. Võrreldes varasemaga on see vähemalt 10000 korda parem tulemus.“
Kombineeritud lasersüsteem on katseteks sobiva ristläbilõikega prootonvoo kiirendamiseks piisavalt odav, efektiivne ning võimas. Kiirenduse teepikkust saaks mõõta koolijoonlauaga.
Projekti põhiline ühiskondlik eesmärk on tuumareaktorite jäänukkütuse radioaktiivse eluea vähendamine. Laseritega saab tuumkütuste aatomeid kergemaks lõhustada ning poolestusaega sadadest tuhandetest aastatest kümne või vähema aastani vähendada. CAN tehnoloogia leiaks rakendusi ka meditsiinis, näiteks prootonteraapias, kus töökindlus ning robustsus on määrava tähtsusega.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply