用等離子體波加速粒子技術(shù)獲新突破

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　　美國能源部SLAC國家加速器實驗室和加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家研制出一項富有前景的技術(shù)：用等離子體波加速電子能有效為新一代加速器供以電力。這一成就對展示等離子體尾場加速器的實用化具有里程碑意義，可極大擴展到醫(yī)藥、工業(yè)和高能物理研究等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月5日報道，利用SLAC國家實驗室先進的加速器實驗測試（FACET），美國能源部科學(xué)局研究人員將電子束能量提高了400到500倍，高于其在傳統(tǒng)加速器里的數(shù)據(jù)。而之前，這個能源和效率的關(guān)鍵組合從未達到過。

　　論文的第一作者、SLAC加速器物理學(xué)家邁克說：“一個加速器的許多實用方面取決于被加速的粒子有多快。該研究表明，可以使用這種技術(shù)在不到20英尺長的加速器加速電子束，能夠獲得與2英里SLAC直線加速器一樣的能量。”

　　35年來，等離子體尾場一直是加速器物理學(xué)家的興趣點，作為一個更有前途的方法驅(qū)動未來小而便宜的加速器誕生。加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福直線加速器中心的研究人員在對等離子體尾場加速一直保持超過十年的前沿研究。在2007年的論文中，研究人員宣布可以加速在420億—850億電子伏的一個長電子束末端的電子群，令科學(xué)界極大興奮。

　　在本次實驗中，研究人員在炙熱的鋰氣爐內(nèi)發(fā)射含有50億至60億電子的成對電子束到由激光產(chǎn)生的等離子體柱。每對中的第一束是驅(qū)動束，摧毀了所有來自鋰原子的自由電子，留下鋰核后的正電荷，被稱為“井噴狀態(tài)”的配置。然后，被擊中的電子倒在第二束電子之后，被稱為后束，形成的“等離子體尾”推動后束到更高能量。

　　以前的實驗已證明多束加速，但SLAC團隊達到井噴狀態(tài)的高能量還是第一個，從中可以發(fā)現(xiàn)最大的能量收益、最高的效率。同樣重要的是，加速后的電子以相對較小的能量擴散而告終。

　　該試驗的主要研究者之一、SLAC加速器物理學(xué)家馬克·霍根說：“這些結(jié)果已經(jīng)超出一個成功試驗的本身，其額外的意義是，用一個二束配置達到井噴狀態(tài)能夠提高加速效率最大為50%，足以表明等離子體尾場加速器技術(shù)對實現(xiàn)未來加速器是可行的。”