Nέος τύπος επιταχυντή σωματιδίων …

… βασισμένος σε σύστημα λέιζερ

Διεθνής ομάδα φυσικών πρότεινε ένα νέο επαναστατικό σύστημα λέιζερ, εμπνευσμένο από τις τεχνολογίες τηλεπικοινωνιών, για την παραγωγή της νέας γενιάς επιταχυντών σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN.

Το Διεθνές Δίκτυο Συνεκτικής Ενίσχυσης (ICAN) δημιούργησε ένα νέο σύστημα λέιζερ αποτελούμενο από μαζικές συστοιχίες λέιζερ οπτικών ινών, τόσο για θεμελιώδη έρευνα σε εργαστήρια όπως το CERN, όσο και για εφαρμογές όπως η θεραπεία πρωτονίων και η πυρηνική μεταστοιχείωση.

Τα λέιζερ έχουν τη δυνατότητα παροχής ενεργειακών «εκρήξεων» της τάξης των petawatts, ή αλλιώς ενέργειας χίλιες φορές μεγαλύτερης από όλα τα εργοστάσια ηλεκτρισμού του κόσμου, σε απειροελάχιστο χρονικό διάστημα (μικρότερο από 10-15 δευτερόλεπτα).

Οι συμβατικοί επιταχυντές έχουν ήδη σημαντικές εφαρμογές, όπως στην αντικαρκινική θεραπεία πρωτονίων ή τη δραστική μείωση του χρόνου ζωής επικίνδυνων πυρηνικών αποβλήτων. Ωστόσο, υπάρχουν δύο μεγάλα εμπόδια που αποτρέπουν την ευρεία χρήση λέιζερ υψηλής έντασης στο κοντινό μέλλον.

Το πρώτο εμπόδιο είναι το γεγονός ότι τα λέιζερ υψηλής έντασης συχνά λειτουργούν μόνο σε ρυθμό ενός παλμού λέιζερ το δευτερόλεπτο, ενώ για πρακτικές εφαρμογές θα χρειαζόταν ρυθμός δεκάδων χιλιάδων παλμών το δευτερόλεπτο. Το δεύτερο εμπόδιο είναι ότι τα λέιζερ ιδιαίτερα υψηλής έντασης είναι διαβόητα για τη χαμηλή απόδοση που εμφανίζουν, παράγοντας ισχύ εξόδου λιγότερη από 1% της ισχύς εισόδου. Οι οραματιζόμενες εφαρμογές θα απαιτούσαν ισχύ εξόδου δεκάδων κιλοβάτ ή και μεγαβάτ, συνεπώς η παραγωγή της ισχύς εισόδου θα ήταν οικονομικά και πρακτικά ανέφικτη.

Για την αντιμετώπιση αυτών των εμποδίων συστάθηκε με κοινοτική χρηματοδότηση το κονσόρτσιουμ ICAN, το οποίο συντονίζει η Πολυτεχνική Σχολή του Παρισιού και στο οποίο συμμετέχουν το CERN, τα ερευνητικά κέντρα οπτοηλεκτρικής των Πανεπιστημίων του Σαουθάμπτον και της Ιένα, καθώς και άλλα δώδεκα σημαντικά εργαστήρια από όλο τον κόσμο.

Ο στόχος του ICAN είναι να αντικαταστήσει το συμβατικό μονολιθικό ενισχυτή που τυπικά εξοπλίζει τα λέιζερ, με ένα δίκτυο ενισχυτών και τηλεπικοινωνιακών εξαρτημάτων οπτικών ινών. Σύμφωνα με τον δρ. Μπιλ Μπρόκλσμπι του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον, ένα συνεκτικά ενισχυμένο λέιζερ υψηλής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιήσει χιλιάδες οπτικές ίνες, κάθε μία από τις οποίες θα φέρει ένα μικρό ποσοστό της συνολικής ενέργειας του λέιζερ. Η ισχύς εξόδου θα είναι αρκετή ώστε το λέιζερ να επιταχύνει ηλεκτρόνια σε ενέργειες αρκετών γιγα-ηλεκτρονιοβόλτ (GeV).

Το γεγονός αυτό προσφέρει τη δυνατότητα χρησιμοποίησης δοκιμασμένων τηλεπικοινωνιακών στοιχείων όπως τα οπτικά λέιζερ. Τα οπτικά λέιζερ έχουν εξαιρετική απόδοση λόγω της άντλησης ενέργειας από εξωτερική πηγή, ενώ παρέχουν επίσης αρκετά μεγαλύτερη επιφάνεια ψύξης και επομένως δυνατότητα λειτουργίας σε υψηλότερο ρυθμό.
naftemporiki.gr - sciencedaily.com