.Electrons Tamed: The Breakthrough That Could Shrink Particle Accelerators
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전자 길들이기: 입자 가속기 크기를 줄일 수 있는 획기적인 기술
작성자: Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY2025년 4월 13일 레이저-플라즈마 웨이크필드 가속 아트 컨셉 스마트 빔 보정 기술 덕분에 플라즈마 가속기가 훨씬 더 정밀해졌습니다. 이로써 소형 고성능 입자 기술의 길이 열렸습니다. 출처: SciTechDaily.com DESY
과학자들은 레이저 플라즈마 가속을 개선하는 데 큰 진전을 이루었습니다 . 이 기술은 입자 가속기를 더 작고, 더 저렴하고, 더 다재다능하게 만들어서 입자 가속기에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 최근 영리한 자기 보정 시스템을 활용한 성공으로 빔 품질이 획기적으로 향상되어 에너지 변동은 줄이고 일관성은 향상되었습니다. 이러한 개선을 통해 레이저 플라즈마 가속기는 차세대 X선원과 같은 첨단 응용 분야에 곧 적용되어 연구와 의학 분야 모두를 혁신할 수 있을 것입니다.
소형 가속기를 향한 도약 레이저 플라즈마 가속은 입자 가속기에 혁명을 일으킬 잠재력을 가진 신기술입니다 . 훨씬 더 컴팩트한 설계를 가능하게 함으로써 기초 연구, 산업 및 의료 분야에서 새로운 응용 분야를 개척할 수 있는 길을 열어줄 수 있습니다. 그러나 현재의 프로토타입 시스템은 여전히 어려움을 겪고 있으며, 특히 실제 사용에 필요한 일관성과 정밀도를 갖춘 고품질 전자빔을 생성하는 데 어려움을 겪고 있습니다. DESY의 LUX 실험 연구원들은 이제 중요한 진전을 이루었습니다. 스마트 보정 시스템을 구현함으로써 레이저 플라즈마 가속기에서 생성되는 전자 다발의 품질을 크게 향상시켰습니다. 이러한 발전은 이 기술을 싱크로트론 저장 링의 소형 주입기 역할과 같은 실용적인 응용 분야에 한 걸음 더 다가가게 합니다.
연구팀은 4월 9일 네이처( Nature) 지에 연구 결과를 발표했습니다 . 레이저-플라즈마 가속의 작동 원리 기존의 전자 가속기는 특수 공진기를 통해 전파를 보내 전자에 에너지를 공급합니다. 고에너지에 도달하려면 이러한 시스템을 긴 직렬로 구축해야 하므로 크기가 크고 비용이 많이 듭니다. 레이저 플라즈마 가속은 유망한 대안을 제시합니다. 레이저 플라즈마 가속은 짧고 강력한 레이저 펄스를 수소로 채워진 좁은 모세관에 발사하여 이온화된 기체인 플라즈마를 생성합니다. 레이저가 플라즈마를 통과하면서 고속으로 움직이는 보트가 남긴 잔물결과 유사한 후류가 발생합니다. 이 후류는 단 몇 밀리미터 만에 전자 뭉치를 매우 높은 에너지로 가속할 수 있습니다.
에너지 압축 레이저 플라즈마 가속 전자 다발 능동형 고주파 공동 펄스 시작 부분의 고에너지 전자는 감속되고, 펄스 끝 부분의 저에너지 전자는 가속됩니다. 출처: DESY 과학 커뮤니케이션 연구소
균일성과 에너지 확산 문제 해결 지금까지 이 혁신적인 기술은 몇 가지 단점을 안고 있었습니다. DESY의 플라즈마 가속 수석 과학자인 안드레아스 마이어는 "생성된 전자 다발은 아직 충분히 균일하지 않습니다."라고 설명했습니다. "우리는 각 다발이 다음 다발과 정확히 같은 모양을 갖기를 원합니다." 또 다른 과제는 다발 내 에너지 분포와 관련이 있습니다. 비유적으로 말하면, 어떤 전자는 다른 전자보다 더 빨리 날아가기 때문에 실제 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 현대 가속기에서는 이러한 문제가 오랫동안 영리한 기계 제어 시스템을 사용하여 해결되어 왔습니다.
자기 분류를 통한 정밀 빔 제어 DESY 팀은 2단계 보정을 통해 레이저 플라즈마 가속기에서 생성된 전자 다발의 특성을 크게 개선하는 데 성공했습니다. 이를 위해 LUX 플라즈마 가속기로 가속된 전자는 네 개의 편향 자석으로 구성된 시케인을 통과합니다. 입자들이 우회하도록 강제함으로써 펄스는 시간적으로 길어지고 에너지에 따라 정렬됩니다. 이 연구의 주저자인 폴 윙클러는 "입자가 자기 시케인을 통과한 후에는 더 빠르고 에너지가 높은 전자들이 펄스의 앞쪽에 위치합니다."라고 설명했습니다.
"느리고 상대적으로 에너지가 낮은 입자들은 뒤쪽에 위치합니다." 최대 빔 품질을 위한 미세 조정 늘어지고 에너지가 정렬된 전자 다발은 현대의 무선 주파수 기반 시설에서 사용되는 것과 유사한 단일 가속기 모듈로 보내집니다. 이 공진기에서 전자 다발은 약간 감속되거나 더 가속됩니다. 윙클러는 "빔 도착 시간을 무선 주파수에 맞춰 정확하게 조절하면 다발 뒤쪽의 저에너지 전자는 가속되고 앞쪽의 고에너지 전자는 감속될 수 있습니다."라고 설명합니다.
"이렇게 하면 에너지 분포가 압축됩니다." 연구팀은 에너지 분포를 18배, 중앙 에너지 변동을 72배 줄이는 데 성공했습니다. 두 값 모두 1퍼밀보다 작아 기존 가속기와 비슷한 수준입니다. "이 프로젝트는 이론과 실험의 협업을 보여주는 훌륭한 사례입니다."라고 DESY 가속기 부문 책임자인 윔 리만스는 말합니다. "이론적 개념은 최근 제안되었고, 이제 처음으로 구현되었습니다." 사용된 대부분의 구성 요소는 기존 DESY에서 확보한 것입니다.
프로젝트팀은 보정 단계를 설정하고 매우 빠른 프로세스를 동기화하는 데 많은 노력을 기울여야 했습니다. "하지만 일단 작업이 완료되면 놀라울 정도로 원활하게 진행되었습니다."라고 윙클러는 말합니다. "모든 것이 준비된 첫날, 시스템을 켜자마자 효과가 나타났습니다." 며칠간의 미세 조정 끝에 보정 시스템이 의도한 대로 작동하고 있음이 분명해졌습니다. 실제 세계 응용 프로그램을 향해 "이는 플라즈마 가속과 현대 가속기 기술 간의 성공적인 시너지 효과, 그리고 가속기 제작에 풍부한 경험을 가진 DESY의 여러 기술팀 간의 협력의 결과이기도 합니다."라고 가속기 부문 전 이사인 라인하르트 브링크만은 말했습니다.
"이 결과는 레이저 플라즈마 가속이라는 신생 기술에 대한 신뢰를 더욱 강화하는 데 도움이 될 것입니다."라고 마이어는 덧붙였습니다. 연구팀은 이미 잠재적인 응용 분야에 대한 구체적인 아이디어를 가지고 있습니다. 이 새로운 기술은 PETRA III나 그 후속 기술인 PETRA IV와 같은 X선원에 주입될 전자 다발을 생성하고 가속하는 데 사용될 수 있습니다. 지금까지 이러한 입자 주입에는 비교적 크고 에너지 집약적인 기존 가속기가 필요했습니다. 레이저 플라즈마 기술은 이제 더욱 작고 경제적인 대안을 제시하는 것으로 보입니다. 윔 리만스는 "이번 성과는 플라즈마 가속기 분야에서 큰 진전입니다. 레이저 개선 및 연속 작동 구현 등 아직 많은 개발 작업이 남아 있습니다."라고 말하며,
"하지만 이론적으로는 플라즈마 가속기가 이러한 유형의 응용 분야에 적합하다는 것을 보여주었습니다."라고 덧붙였습니다.
참고 자료: "레이저-플라즈마 전자빔의 활성 에너지 압축" 저작: P. Winkler, M. Trunk, L. Hübner, A. Martinez de la Ossa, S. Jalas, M. Kirchen, I. Agapov, SA Antipov, R. Brinkmann, T. Eichner, A. Ferran Pousa, T. Hülsenbusch, G. Palmer, M. Schnepp, K. Schubert, M. Thévenet, PA Walker, C. Werle, WP Leemans 및 AR Maier, 2025년 4월 9일, Nature . DOI: 10.1038/s41586-025-08772-y
https://scitechdaily.com/electrons-tamed-the-breakthrough-that-could-shrink-particle-accelerators/
메모 2504141626_소스1.분석중【】
1.
전자 길들이기: 입자 가속기 크기를 줄일 수 있는 획기적인 기술이 등장했다. 전자기파 msbase은 이미 잘 활용되어 은하계 를 이뤘다. 어허.
스마트 빔 보정 기술 덕분에 플라즈마 가속기가 훨씬 더 정밀해졌다. 이로써 소형 고성능 입자 기술의 길이 열렸다.
과학자들은 레이저 플라즈마 가속을 개선하는 데 큰 진전을 이루었다 . 이 기술은 입자 가속기를 더 작고, 더 저렴하고, 더리 다재다능하게 만들어서 입자 가속기에 혁명을 일으킬 수 있다.
2.레이저-플라즈마 가속의 작동 원리가 적용되었다.
기존의 전자 가속기는 특수 공진기를 통해 전파를 보내 전자에 에너지를 공급한다. 고에너지에 도달하려면 이러한 시스템을 긴 직렬로 구축해야 하므로 크기가 크고 비용이 많이 든다.
_[2-1】레이저 플라즈마의 발생은 qms.qvix.qcell에서 생성될 수 있다. 초소형 고출력 입자 가속기는 우주적 규모의 암흑에너지의 배경을 가진 qcell.field에서 이뤄진다. Nano.qcell에서 빅뱅사건(*?)이 야기 된거여. 어허.
qcell 레이저가 mcell 플라즈마를 통과하면서 고속으로 움직이는 보트가 남긴 잔물결과 유사한 후류가 발생한다. 이 후류는 단 몇 밀리미터 만에 전자 뭉치를 msbase.nkbanc(*) 경로에서 매우 높은 에너지로 가속할 수 있다.
-nkms 펄스 시작 부분의 고에너지 전자는 감속되고, 펄스 끝 01 부분의 저에너지 전자는 qcell.qvixer로 qcell.nqvixer로 가속된다. 그리고 암흑에너지로 귀류한다. 어허.
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