Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство AWAKE (Advanced WAKEfield Experiment) в CERN является доказательством принципа эксперимента, который исследует ускорение плазмы в поле бодрствования с использованием протоновой группы в качестве драйвера, что является первым в мире. Он направлен на ускорение низкоэнергетического свидетельского пучка электронов от 15 до 20 MeV до нескольких GeV на коротком расстоянии (10 м) путем создания высокого градиента ускорения в несколько GV/m. Ускорители частиц, используемые в настоящее время, такие как LHC в CERN, используют стандартные или сверхпроводящие RF полости для ускорения, но они ограничены градиентом ускорения порядка 100 МВ/м. Циркулярные ускорители не эффективны для транспортировки электронов при высокой энергии из-за большой потери энергии в синхротронном излучении. Линейные ускорители не имеют этой проблемы и поэтому лучше подходят для ускорения и транспортировки электронов при высоких энергиях. Высокий градиент ускорения AWAKE позволит построить новое поколение более коротких и менее дорогих ускорителей высокой энергии, что представляет собой большой шаг в технологии ускорителей частиц, особенно для линейных электронных ускорителей.
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.
Ускорение плазменного поля пробуждения, управляемое протоновыми группами
Плазма состоит из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных свободных электронов, оставаясь при этом макроскопически нейтральной. Если применяется сильное электрическое поле, ионы и электроны могут быть пространственно разделены. Таким образом, создается локальное электрическое поле, таким образом, заряженная частица, попадающая в такую плазму, может быть ускорена. Когда драйвер, положительно заряженный протоны, проникает в плазму, он привлекает отрицательно заряженные электроны плазмы, они перегоняют и начинают колебаться, создавая поле. Взаимодействие между полями и заряженной частицей, впрыскиваемой за протоном, можно интерпретировать как то же самое, что между серфером и волной. Последнее передаст свою энергию серферу, который таким образом будет ускорен. Поле сознания состоит из фазы замедления и ускорения, а также фазы фокусировки и дефокусировки. Таким образом, положение впрыска электронной группы в поле бдения имеет решающее значение, поскольку только часть (1/4) поля бдения одновременно сфокусирована и ускорена, что необходимо для захвата и ускорения электронов. AWAKE - первый плазменный эксперимент с использованием группы протонов в качестве драйвера. Протоны, например, протоны, которые образуют суперпротонный синхротрон (SPS) CERN, могут нести большое количество энергии (~ 400 ГеВ). Поэтому они могут производить поля в плазме на гораздо более длинных расстояниях, чем лазерный импульс или электронная группа в качестве драйвера из-за истощения энергии. Для резонансного возбуждения этих осцилляторов драйвер должен содержать компонент Фурье, близкий к частоте плазмы ωp.
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.
Хронология
Первый цикл длился с 2016 по 2018 год. Десятиметровый источник пара был установлен 11 февраля 2016 года, а первый протонный луч был отправлен через линию пучка и источник пустого пара 16 июня 2016 года. Первые данные о протонной группе внутри плазмы были получены в декабре 2016 года. Второй этап планируется на 2021-2024 годы. Повысится градиент ускорения, а эмитент, как ожидается, сократится. Планируется увеличить энергию электронов до 10 ГеВ. После этой фазы цель - увеличить энергию как минимум до 50 ГеВ и обеспечить луч для первых применений.
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.