Plasma 'järelpõleti' kahandab osakeste kiirendeid
USA asuva SLAC-kiirendi juures töötavad füüsikud demonstreerivad uues töös, et plasma abil on võimalik laetud osakesi kiirendada tunduvalt kiiremini kui tüüpiliste osakeste kiirenditega. Lahendus võiks aidata pikemas perspektiivis kärpida senisest võimsamate osakeste kiirendite ehitamisega kaasnevaid kulusid.
Enamik nähtava universumi piire nihutada üritavad osakeste kiirendid on hiiglaslikud ja nende suurus ähvardab tulevikus kasvada veelgi. Kui Šveitsi ja Prantsusmaa piiril asuva Suure Tuumaosakeste Põrguti (LHC) ümbermõõt ulatub 27 kilomeetrini, siis järgmise põlvkonna Rahvusvaheline Lineaarpõrguti pikkus võiks ulatuda juba 31 kilomeetrini, veelgi kaugemad plaanid näevad ette põrguti rajamist, mille ümbermõõt võiks küündida 80 kilomeetrini.
Mõõtmete suurenemine on osakestele senisest kõrgema energia andmiseks vältimatu. Enamikes kiirendites kasutatakse laetud osakeste kiirendamiseks raadiosageduslikke õõnsusi. Laetud osakesed justkui surfaksid raadiolainete harjadel. Lahendus muudab elektromagnetilise energia kineetiliseks energiaks ja ühtlustab kiire moodustavate osakeste energiat. Iga õõnsuse poolt antaval energial on aga selged piirid. Liiga tugeva õõnsuses võnkuva elektrivälja korral hakkab see õõnsuse seintest elektrone rebima, mis tekitab sädelahenduse.
Küsimus pole vaid suuremate kiirendite ehitamises. Kiirenditest on saanud ka näiteks kaasaegse meditsiini lahutamatu osa, misläbi on nende odavnemine ja väiksemaks muutumine nende leviku seisukohalt tähtis ka ülejäänud ühiskonnale. Ajakirjas Nature esitletud lahendus võimaldab kiirendada laetud osakesi sadu kordi kiiremini kui tavapärastes osakeste kiirendites ja nende kantavat energiat hüppeliselt kasvatada.
Meetod rajaneb liitiumi plasmal. Gaasilises olekus olevale metallile on antud piisavalt energiat, et lahutada aatomid elektronideks ja ioonideks. Sellesse tulistatavad elektronkimbud ja laserimpulsid panevad liikuma küll elektronid, ent positiivselt laetud ioonid on liiga massiivsed, et lasta end sellest häirida. Selle tulemusel eraldatud elektronide ja ioonide vahele tekivad elektriväljad, mille ületab kaugelt raadiosageduslikes õõnsustes kohatavat. Viimase tulemusel kogub ka kiirendatav osakeste kimp kiirust kaugelt kiiremini kui tavaks.
Üldist kontseptsiooni esitleti juba seitsme aasta eest. Vähem kui meetri pikkuse n-ö plasma järelpõletiga suudeti kiirendatava kimbu elektronide energiat tõsta pea kahekordistada. Ent taolist kiirendust kogesid vaid üksikud elektronid. Sama töörühm märgib nüüd, et probleemist saab kõrvale hiilida, kui saata plasmasse üksteise järel kaks elektronide kimpu. Kuigi 36 sentimeetri pikkuse kiirendiga suudeti tõsta elektronide energiat vaid 20 gigaelektronvoldilt 22 gigaelektronvoldile, kandsid sama energiat 99 protsenti kiire elektronidest.
Töörühm nendib samas, et elektronidel põhinevat lahendust saaks hetkel kasutada vaid tavapäraste osakeste kiirendite juures ning esmalt tuleb leida viis korraga mitmete plasmarakukeste kasutamiseks, et tõsta 'järelpõletitega' kiire energiat olulisel määral. Igapäeva rakendusteks sobiksid paremini laserimpulssidel põhinevad lahendused.
Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa
Allikas: Nature