激光等离子加速器创新纪录，连续产生电子束首超三十小时
发布时间：2020-08-24 作者：记者刘霞 来源：科技日报
科技日报北京8月23日电 德国科学家在最新一期《物理评论》杂志上撰文称，他们研制的激光等离子体加速器LUX连续不断产生电子束的时间首次超过一整天达到30小时，创下世界纪录，这是通往未来粒子加速器的一个重要里程碑，有望让基础研究和医学等领域受益。
LUX 等离子体单元（位于白色装片的中心），就是电子被加速的地方，只有几毫米长。（图片来源：汉堡大学，Niels Delbos）
LUX由德国电子同步加速器研究所(DESY)和汉堡大学共同开发和运营。研究人员解释称，在激光等离子体加速器内，激光或高能粒子束会在微管内产生等离子波。等离子体是一种气体，其中的气体分子被剥离了电子。LUX使用氢气作为气体。
研究小组负责人安德烈亚斯·迈尔解释说：“激光脉冲以狭窄的圆盘形式穿过气体，在此过程中，将电子从氢分子中剥离，紧随脉冲后的电子会被位于其前方带正电的等离子波加速。这使激光等离子加速器获得的加速强度比现今最强大的机器能提供的加速强度高1000倍，更紧凑、功能更强大的等离子体加速器有望广泛应用于基础研究、医学等多个领域。”
在破纪录的不间断运行中，加速器每秒能加速100000多个电子束。有了这么庞大的数据集，科学家可以对加速器、激光器和光束的特性开展更精确地关联和分析。迈尔说：“例如，我们可以将电子束中意想不到的变化追溯到激光器中的特定位置，从而确切知道从哪里开始才能产生更好的粒子束。”
（图片来源: DESY, Science Communication Lab）
迈耶指出：“该系统可运行更长时间，但我们在30小时后就停止了运行。最新研究为这种创新的粒子加速器技术的稳定运行奠定了坚实基础，将激光等离子体加速技术从实验室转移到实际应用的时机已经成熟。”
迈耶也强调说，在将这些设备投入实际使用之前，仍有许多技术挑战需要克服，“但现在，我们能够操控运行电子束线更长时间，这使我们能更好地应对这些挑战。”
DESY加速器部门主管威姆·利曼思总结说：“这项工作表明，激光等离子体加速器可以产生可控输出，为进一步开发该技术提供了坚实基础。”
与大型强子对撞机等传统的粒子加速器相比，激光等离子体加速器对粒子加速的方式完全不同。这些年，传统的粒子加速器不断升级，激光等离子体加速器也不断取得新突破。几年前，美国科研团队曾在9公分长的等离子体管中对粒子进行加速，使其获得相当于传统粒子加速器能量梯度的1000倍以上的加速度，刷新了当时激光等离子体加速器的纪录。此次新纪录将进一步推动激光等离子体加速技术走出实验室，走向实际应用。
