Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
АВАК (Advanced WAKEfield Experiment) - CERN-дегі АВАК (Advanced WAKEfield Experiment) - бұл принципті дәлелдейтін тәжірибе, ол протондық топты жүргізуші ретінде пайдалана отырып, плазманың сергек өрлеуін зерттейді, бұл әлемдегі алғашқы тәжірибе. Бұл аз энергиялы электронды шолу тобын аз қашықтықта (10 м) бірнеше ГеВ-ға дейін жылдамдатуды көздейді. Қазіргі уақытта CERN-дің LHC сияқты бөлшектерді жеделдетушілер жылдамдату үшін стандартты немесе суперөткізгіш RF қуыстарын қолданады, бірақ олар 100 MV / m шамасындағы жылдамдату градиентімен шектеледі. Айналдырмалы үдеу машиналары синхротрон сәулеленуіндегі үлкен энергия жоғалуынан электрондарды жоғары энергияда тасымалдауға тиімді емес. Сызықтық үдемелілер бұл мәселеге тап келмейді, сондықтан олар электрондарды жоғары энергияда жылдамдатуға және тасымалдауға жақсырақ сәйкес келеді. AWAKE-тің жоғары жылдамдық градиенті қысқа және арзан жоғары энергиялы жылдамдатушылардың жаңа буынын құруға мүмкіндік береді, бұл бөлшектер жылдамдатушы технологиясында, әсіресе сызықтық электронды жылдамдатушылар үшін үлкен қадамды білдіреді.
The AWAKE (Advanced WAKEfield Experiment) facility at CERN is a proof of principle experiment, which investigates wakefield plasma acceleration using a proton bunch as a driver, a world wide first. It aims to accelerate a low energy witness bunch of electrons from 15 to 20 MeV to several GeV over a short distance (10 m) by creating a high acceleration gradient of several GV/m. Particle accelerators currently in use, like CERN's LHC, use standard or superconductive RF cavities for acceleration, but they are limited to an acceleration gradient in the order of 100 MV/m. Circular accelerator machines are not efficient for transporting electrons at high energy due to the large energy loss in synchrotron radiation. Linear accelerators do not have this issue and are therefore better suited for accelerating and transporting electrons at high energies. AWAKE's high acceleration gradient will allow the construction of a new generation of shorter and less expensive high energy accelerators, representing a big step in the particle accelerators technology, especially for linear electron accelerators.
Плазма макроскопиялық бейтарап күйде қалып, оң зарядталған иондар мен теріс зарядталған еркін электрондардан тұрады. Егер күшті электр өрісі қолданылса, иондар мен электрондарды кеңістікте бөлуге болады. Осылайша жергілікті электр өрісі пайда болады, сондықтан мұндай плазмаға кіретін зарядталған бөлшекті жылдамдатуға болады. Қозғалтқыш, яғни оң зарядты протондық топ плазмаға енгенде, ол теріс зарядты плазмалық электрондарды тартады, олар үстіне шығып, тербеле бастайды, бұл тоқтау өрісін жасайды. Протонның артына салынған зарядталған бөлшектер мен серфінг өрісінің өзара әрекеттесуін серфінг пен толқынның өзара әрекеттесуімен бірдей деп түсіндіруге болады. Соңғысы өз энергиясын серфингшіге береді, ол осылайша жылдамдықты арттырады. Wakefield баяулау және жылдамдату фазасынан, сондай-ақ фокустандыру және фокуссыздандыру фазасынан тұрады. Электрондық топтың оянған өрістегі инъекциялық орны өте маңызды, өйткені оянған өрістің тек бір бөлігі (1/4 бөлігі) ғана шоғырланған және жеделдетілген, бұл электрондарды тұтқындау және жеделдету үшін қажет. AWAKE - бұл протонды қозғалтқыш ретінде пайдаланатын тұңғыш плазмалық сергек өріс эксперименті. Протондар, мысалы CERN суперпротон синхротронды (SPS) құрайтын протондар үлкен энергияны (~ 400 ГеВ) тасымалдауы мүмкін. Сондықтан олар лазерлік импульске немесе энергияның сарқылуынан электр тоғысының драйверіне қарағанда плазмада әлдеқайда ұзақ қашықтыққа дейін сергек өрістерді шығара алады. Бұл тербелістерді резонанстық түрде қоздыру үшін драйверде плазмалық жиілік ωp-ге жақын Фурье компоненті болуы керек.
A plasma consists of positively charged ions and negatively charged free electrons, while remaining macroscopically neutral. If a strong electric field is applied, ions and electrons can be spatially separated. A local electric field is thereby created, thus a charged particle entering a such plasma can be accelerated. When the driver, the positively charged proton bunch, penetrates the plasma, it attracts the negatively charged plasma electrons, they overshoot and start to oscillate, creating a wakefield. The interaction between the wakefield and a charged particle injected behind the proton can be interpreted as the same as the one between a surfer and a wave. The latter will transfer its energy to the surfer who will thus be accelerated. The wakefield consists of decelerating and accelerating phase, as well as focusing and defocusing phase. The injection position of the electron bunch in the wakefield is thus crucial, since only a fraction (1/4th) of the wakefield is both focused and accelerated, which is needed for the trapping and the acceleration of the electrons. AWAKE is the first plasma wakefield experiment using a bunch of protons as a driver. Protons, as for example the protons that form the CERN Super Proton Synchrotron (SPS), can carry a large amount of energy (~ 400 GeV). Therefore, they can produce wakefields in a plasma for much longer distances than a laser pulse or electron bunch as a driver due to energy depletion. To excite those oscillators resonantly, the driver must contain a Fourier component close to the plasma frequency ωp.
Уақыт шкаласы
Бірінші кезең 2016 жылдан 2018 жылға дейін созылды. Он метрлік бу көзі 2016 жылдың 11 ақпанында орнатылды және алғашқы протондық сәуле сәуле желісі мен бос бу көзі арқылы 2016 жылдың 16 маусымында жіберілді. Плазманың ішіндегі протондық топтама туралы алғашқы мәліметтер 2016 жылдың желтоқсан айында алынды. Екінші кезеңге 2021-2024 жылдары жоспарланған. Жылдамдану градиенті артады және эмитент азаяды деп күтілуде. Электрон энергиясын 10 ГеВ-қа дейін арттыру жоспарланып отыр. Осы кезеңнен кейін энергияны кем дегенде 50 ГеВ-қа дейін арттыру және алғашқы қолданбалар үшін сәулелерді қамтамасыз ету көзделеді.
The first run lasted from 2016 to 2018. The ten metre long vapor source was installed 11 February 2016 and the first proton beam was sent through the beam line and the empty vapor source on 16 June 2016. The first data with a proton bunch inside the plasma was acquired in December 2016. A second run is planned for 2021 to 2024. The acceleration gradient will be increased and the emittance is expected to shrink. It is planned to increase the electron energy to 10 GeV. After this phase the goal is to increase the energy to at least 50 GeV and provide beams for first applications.