Как охлаждать ионные пучки с помощью электронных импульсов

Образование

Физики в США и Китае изучили, как импульсный пучок электронов может быть использован для охлаждения пучка высокоэнергетических ионов — задача, которую обычно выполняет непрерывный пучок электронов. Исследователи под руководством Max Bruker из Национального ускорительного комплекса Томаса Джефферсона в США вместе с командой из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук модифицировали систему электронного охлаждения с непрерывным пучком для работы в импульсном режиме. Их результаты предполагают, что можно будет охлаждать ионные пучки гораздо более высоких энергий с помощью импульсных электронных пучков, что является хорошей новостью для физиков, разрабатывающих следующее поколение ионных накопителей.

Если вы хотите, чтобы ваши дети проявили еще больший интерес к учебе, вам поможет в этом онлайн-школа Skysmart. Skysmart поможет разобраться в формулах, поможет с домашками и подготовкой к экзаменам.

Как охлаждать ионные пучки с помощью электронных импульсов

В накопительных устройствах, которые ускоряют и накапливают пучки протонов и ионов при низких и средних энергиях, используется метод, называемый «электронным охлаждением», для предотвращения разрушения пучков. Они включает в себя слияние ионов с пучком электронов, причем оба пучка движутся примерно с одинаковой скоростью. Со временем ионы обмениваются импульсом с электронами до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Это охлаждает ионы, не позволяя им отклоняться от центра пучка.

Обычно это делается с использованием непрерывных электронных пучков с энергией до 4,3 МэВ.

Однако технологические ограничения на использование статических электрических полей для ускорения электронов означают, что создание непрерывных электронных пучков при более высоких энергиях чрезвычайно сложно. Это представляет проблему для разработчиков будущих накопительных колец, таких как американский электронно-ионный коллайдер, для которого потребуются электронные пучки с энергией 50 МэВ или более.

РЧ поля

Чтобы достичь более высоких энергий, электронные пучки ускоряются с помощью радиочастотных (РЧ) полей, в результате чего получается импульсный пучок. Недавно первая импульсная система электронного охлаждения была установлена на коллайдере релятивистских тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в США, работающем при умеренных энергиях электронов около 2 МэВ.

Исследования с использованием компьютерного моделирования показывают, что охлаждающие эффекты импульсных и непрерывных электронных пучков различны — и поэтому важно, чтобы импульсное охлаждение было изучено экспериментально, прежде чем оно будет реализовано в установках следующего поколения с более высокой энергией.
Физики из Jefferson Lab и IMP впервые объединились в 2012 году, чтобы изучить, как импульсные электронные пучки могут быть использованы для охлаждения.

В период с 2016 по 2019 год они провели четыре эксперимента по охлаждению импульсным пучком на накопительном кольце CSRm в IMP в Ланьчжоу. Вместо использования радиочастотной системы для ускорения охлаждающих электронов они модифицировали существующую систему непрерывного пучка для доставки импульсов электронов. Затем исследователи измерили, как профиль охлажденного ионного пучка менялся с течением времени как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Важно отметить, что эксперименты команд показали, что ионы могут быть потеряны из-за поперечного нагрева, вызванного неравномерной длиной электронного сгустка, что подчеркивает необходимость электронных сгустков с очень стабильными свойствами. Тем не менее, если можно будет надежно поддерживать время и длину сгустков, на динамику ионных пучков, с которыми они взаимодействуют, не будет отрицательно влиять их прерывистый характер. Полученные результаты открывают путь для нового поколения ионных кольцевых установок, способных охлаждать ионные пучки при более высоких энергиях, чем когда-либо ранее.

Оцените статью
ЗнайКак.ру
Добавить комментарий