Российские ученые уменьшили ускоритель частиц до комнатных размеров

Ускоритель частиц

Группа ученых из МФТИ, ОИВТ РАН и ФИ РАН разработала компактный сверхинтенсивный источник нейтронов, эффективность которого сопоставима с работой огромного ускорителя частиц при комнатных размерах самой установки. Источники нейтронов весьма востребованы в разных исследованиях, но возможностей существующих ускорителей уже недостаточно для новых экспериментов. Российская технология решает эту задачу, а ее постройка и эксплуатация существенно дешевле работы ускорителя.

Ученые взяли высокоэнергетический лазер «PHELIX» с мощностью 1015 Вт и направили его луч на мишень из полимерной пены. Для нее был использован материал триацетат целлюлозы, плотность которого всего 2 мг/см3. Первый импульс лазера длительностью 1 наносекунда производит ионизацию атомов мишени для создания плазменного облака. Следующий импульс длится пикосекунду и ускоряет электроны в плазме, передавая им сотни мегаэлектронвольт энергии.

Электроны тормозятся при помощи тонкой пластинки из золота, что позволяет превратить их энергию в гамма-кванты. Это разновидность фотонов с очень маленькой длиной волны, около десятитысячной части нанометра. Получается поток гамма-излучения, в котором триллионы гамма-квантов с высокой энергией летят в заданном направлении. Когда они достигают расположенной рядом танталовой фольги, ядра металла поглощают гамма-кванты, происходит фотоядерная реакция и образуются нейтроны. За одну итерацию источник порождает до 60 млрд нейтронов, КПД лазерной энергии достигло 0,05 %.

Сообщается, что в ходе работ над установкой российские ученые установили рекорд по эффективности преобразования энергии лазера в гамма-кванты с энергией выше 10 МэВ – порядка 1,4 %.