Φακοί ενεργού πλάσματος που υπόσχονται μικρότερους επιταχυντές

Διεθνής ομάδα έκανε σημαντική πρόοδο προς περισσότερο συμπαγείς επιταχυντές, επιδεικνύοντας ότι οι δέσμες μπορούν να εστιαστούν μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται εστίαση ενεργού πλάσματος χωρίς τη μείωση της ποιότητας της δέσμης. Η κατασκευή μικρότερων επιταχυντών σωματιδίων αποτελεί ένα στόχο της κοινότητας των επιταχυντών σωματιδίων για δεκαετίες, τόσο για τη βασική έρευνα όσο και για εφαρμογές όπως η ραδιοθεραπεία. Επιπροσθέτως για τους νέους μηχανισμούς επιτάχυνσης, μικρότεροι επιταχυντές απαιτούν καινοτόμους τρόπους για την εστίαση σωματιδιακών δεσμών.

Φακός ενεργού πλάσματος κατά την εκφόρτιση σε ήλιο (αριστερά) και σε αργό (δεξιά). Credit: CLEAR.

 

Η εστίαση ενεργού πλάσματος χρησιμοποιεί ένα μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα για να δημιουργήσει ισχυρά μαγνητικά πεδία σε πλάσμα που μπορεί να εστιάσει δέσμες υψηλής ενέργειας σε αποστάσεις εκατοστόμετρων, μάλλον παρά σε αποστάσεις μέτρων όπως συμβαίνει στην περίπτωση συμβατικών τεχνικών που βασίζονται σε μαγνήτες. Ωστόσο, το μεγάλο ρεύμα θερμαίνει επίσης το πλάσμα, θερμαίνοντας ειδικά το κέντρο των φακών. Αυτή η θερμοκρασιακή διαβάθμιση οδηγεί σε ένα μη γραμμικό μαγνητικό πεδίο, μια εκτροπή, που υποβαθμίζει την ποιότητα της σωματιδιακής δέσμης.

Χρησιμοποιώντας μια υψηλής ποιότητας ηλεκτρονιακή δέσμη 200 MeV στις εγκαταστάσεις CLEAR (Linear Electron Accelerator for Research) στο CERN (μικρή εικόνα), ο Carl A Lindstrøm του Πανεπιστημίου του Oslo, στη Νορβηγία και οι συνεργάτες του πρόσφατα πραγματοποίησαν την πρώτη άμεση μέτρηση αυτής της εκτροπής σε ένα φακό ενεργού πλάσματος, βρίσκοντας ότι είναι σύμφωνη με τη θεωρία. Πιο σημαντικό, ανακάλυψαν ότι αυτή η εκτροπή μπορεί να ελέγχεται με απλή αλλαγή του αερίου που χρησιμοποιείται για να δημιουργηθεί το πλάσμα, από ένα ελαφρύ αέριο (ήλιο) σε ένα βαρύτερο αέριο (αργό). Αλλάζοντας το αέριο επιβραδύνεται η μεταφορά θερμότητας έτσι που εκτροπή δεν έχει χρόνο να διαμορφωθεί, με αποτέλεσμα την ιδανική, χωρίς υποβάθμιση εστίαση. Αυτό, σύμφωνα με την ομάδα, αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση να καταστήσει τους φακούς ενεργού πλάσματος συστατικό ενός τυπικού επιταχυντή στο μέλλον.