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等离子体|等离子加速器运行时间突破世界纪录，加速强度提高一千倍！

德国DESY的一组研究人员在通往未来粒子加速器的道路上已经达到了重要的里程碑 。 在连续产生电子束的同时 ， 所谓的激光等离子体加速器首次运行了超过一天 。 由DESY和汉堡大学共同开发和运营的LUX光束线的运行时间为30小时 。 该小组负责人安德烈亚斯·迈耶（Andreas R. Maier）说：“这使我们更接近于这种创新的粒子加速器技术的稳定运行 。 ” 在《Physical Review X》上发表了他们的记录 。 DESY加速器部门主管Wim Leemans补充说：“将激光等离子体加速从实验室转移到实际应用的时机已经成熟 。 ”
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物理学家希望激光等离子体加速技术将成为新一代功能强大且结构紧凑的粒子加速器 ， 为广泛的应用提供独特的性能 。 在此技术中 ， 激光或高能粒子束会在细毛细管内部产生等离子波 。 等离子体是一种气体 ， 其中的气体分子已经被剥离了电子 。 LUX使用氢气作为气体 。
自由电子激光科学中心（CFEL）的迈尔解释说：“激光脉冲以狭窄的圆盘形式穿过气体 ， 将电子从氢分子中剥离出来 ， 像扫雪机一样将其扫到一边 。 ”“脉冲后的电子会被前面的带正电的等离子波加速 ， 就像滑水手在船尾后面骑行波一样 。 ”
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这种现象使激光等离子加速器获得的加速强度比当今最强大的机器所提供的加速强度高出一千倍 。 等离子体加速器将为从基础研究到医学的广泛应用提供更紧凑 ， 功能更强大的系统 。 在将这些设备投入实际使用之前 ， 仍然需要克服许多技术挑战 。 迈耶解释说：“现在 ， 我们能够长期使用光束线 ， 我们将能够更好地应对这些挑战 。 ”
在破纪录的不间断运行中 ， 物理学家加速了100,000多个电子束 ， 每秒一束 。 得益于这个庞大的数据集 ， 加速器 ， 激光器和束的特性可以更精确地关联和分析 。 迈尔说：“例如 ， 电子束中不需要的变化可以追溯到激光器中的特定点 ， 因此我们现在确切地知道了从哪里开始才能产生更好的粒子束 。 ”“这种方法为主动稳定光束奠定了基础 ， 将可能部署到世界上所有高性能加速器上 。 ”
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Maier认为 ， 实现这种等离子加速的关键是将来自两个不同领域的专业知识相结合：等离子加速和稳定加速器操作方面的专业知识 。Maier强调 。 从真空技术和激光专业知识到全面而复杂的控制系统 ， 无数因素促进了加速器的长期稳定运行 。 迈耶说：“原则上 ， 该系统可以保持更长的运行时间 ， 但我们在30小时后就停止了运行 ， 这样连续30小时的测试重复了三遍 。 ”
“这项工作表明 ， 激光等离子体加速器可以产生可再现且可控制的输出 。 这为进一步开发该技术提供了具体基础 ， 同时为基于加速器的未来光源在其他领域的发展提供了新的契机 。 ”
来源：
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
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