Het snijden van de kosten van de uitvoering versneller gebaseerde wetenschappelijke experimenten

Published on June 25, 2009 at 8:16 PM

Berkeley Lab wetenschappers verbaasde de wereld in 2006, toen ze bewezen dat ze kunnen elektronen versneld tot zeer hoge energieën (1 GeV, of een miljard elektronvolt), op een afstand van centimeters in plaats van honderden meters. Met dezelfde concepten, die wetenschappers van plan om het project te nemen naar het volgende niveau en een laser-gebaseerde accelerator staat zappen elektronenbundels om energieën van meer dan 10 GeV op een afstand van slechts een meter te bouwen.

Wim Leemans is de projectleider van Bella, een geplande laser plasma versneller die 20 miljoen dollar zal ontvangen van de Amerikaanse Terugwinning en Reinvestment Act.

Bij de oplevering in ongeveer vier jaar, de Berkeley Lab Laser Accelerator, of BELLA, demonstreren de belofte van een nieuwe en compacte methode voor het versnellen van hoog-energetische deeltjes, door gebruik te maken van een reeks van gesynchroniseerde lasersystemen. De resultaten zullen van belang niet alleen te hoge energie deeltjes fysici, maar ook voor chemici, biologen, artsen, en de nationale veiligheid ambtenaren.

BELLA, die $ 20 miljoen in financiering zal ontvangen van de Amerikaanse Terugwinning en Reinvestment Act, was de enige wetenschappelijk project op de lijst voor Berkeley Lab als het Department of Energy 115,8 miljoen dollar in Recovery Act financiering voor het laboratorium aangekondigd in maart. De rest is bestemd voor de bouw en de upgrades van kantoor-en laboratoriumruimte en voor het bouwen van een prototype high-speed data-netwerk. (Voor meer informatie over de infrastructurele projecten, klik hier.)

Met een totaal budget van ongeveer $ 28 miljoen, wordt BELLA naar verwachting ongeveer 50 arbeidsplaatsen te genereren. Dat omvat zowel on-site werknemers, zoals laser technici, ingenieurs en constructie teams om het gebouw dat de laser zal huis-upgrade, en off-site de werknemers op de bedrijven die leveren de ondersteunende systemen. Ongeveer 7 miljoen dollar gaat naar de bouw en de veiligheid, de rest gaat naar de aanschaf van de laser en alles wat nodig is in elkaar te zetten en voer het uit, zoals optische, diagnose, en andere technische systemen. Het gehele systeem zal worden gehuisvest in een bestaand gebouw in Berkeley Lab, dat zal opnieuw worden geconfigureerd en opgewaardeerd tot een schone kamer, nieuwe laser lab ruimte en extra afscherming te nemen.

Projectleider Wim Leemans heeft een groot deel van zijn bijna 18 jaar in Berkeley Lab gebouw lasers en het werken met laser versnellers. Samen met Simon Hooker van de Universiteit van Oxford, hij en de leden van zijn groep behaalde een belangrijke doorbraak in 2006 toen ze brak het wereldrecord voor laser-wakefield versnelling, een techniek waarbij deeltjes worden versneld door de golven in het plasma opgewekt door intense pulsen van laserlicht. In het kielzog van de laserpuls, elektronen surfen op de golven van de geïoniseerd gas. Leemans en collega's gebruikten dit concept om elektronenbundels versnellen om energieën van meer dan 1 GeV op een afstand van slechts 3,3 centimeter. Vergelijk dat met de Stanford Linear Accelerator Center, of SLAC, waarvan 2 mijl (3,2 kilometer) nodig is om elektronen impuls aan 50 GeV.

Hoewel de belangrijkste doelstelling van het project is het ontwikkelen van een nieuwe generatie van compacte versnellers voor Hoge Energie Fysica onderzoek, laser plasma wakefield technologie heeft verschillende potentiële toepassingen. Een multi-beam GeV kan worden gebruikt om zeer gecollimeerd, hoge-energie-fotonen die lading kan doordringen in een niet-destructieve manier, zodat inspecteurs op afstand "zien" in een pakket, dat zou zeer nuttig zijn voor de nationale veiligheid te produceren. BELLA kan ook worden gebruikt om vrije-elektronen lasers (FEL) te bouwen. Net als alle lasers, FELs uitstoten energieke stralen van het licht. Maar in tegenstelling tot de conventionele lasers, ze werken op een andere set van principes die ze zeer afstembare. Omwille van deze eigenschap, kan free-electron lasers bieden buitengewoon waardevolle tools voor materialen wetenschappers, chemici, biologen en onderzoekers op verschillende gebieden werken aan problemen in fundamenteel onderzoek op energiegebied, waardoor ze ultrakorte, nanoschaal verschijnselen sonde. Hun tunability maakt hen ook nuttig zijn voor medische diagnose.

Tot slot, met enkele wijzigingen, kan BELLA produceren een smalle bandbreedte x-stralen die kunnen worden gebruikt om zeer hoge resolutie x-ray beelden voor medisch gebruik te nemen. Als de laser technologie die de laser plasma-versnellers drives blijft op het verbeteren door zich minder duur en compacter, op een dag is het een alternatief voor conventionele x-ray machines, het aanbieden van een nieuwe techniek voor betere beelden met een verminderde x-ray dosis.

Laser plasma versnellers hebben de potentie om drastisch te snijden in de kosten van het uitvoeren van versneller op basis van wetenschappelijke experimenten te wijten aan de veel minder groot in vergelijking met conventionele versnellers van dezelfde energie. Hoewel het misschien tientallen jaren duren voordat een laser plasma versneller is gebouwd voor fundamenteel natuurkundig onderzoek, BELLA vormt een essentiële stap naar het onderzoeken hoe krachtiger versnellers van de toekomst wellicht meer compact. Systemen zoals BELLA houdt de belofte van het mogelijk maken van een table-top accelerator met deeltje energie in de tientallen GeV bereik dat kan worden compact en betaalbaar genoeg om een ​​breed scala aan toepassingen.

Op het internationale toneel, plasma wakefield gaspedaal onderzoek is zeer concurrerend. Groepen in Groot-Brittannië en Frankrijk zijn koortsachtig bezig om de beste record van de groep Leemans 'in 2006. China heeft ook vond het een hoge prioriteit groeigebied. "Iedereen probeert nu om naar 10 GeV," aldus Leemans. "Het is een big deal. Als het project volgens planning verloopt, hebben we de beste technologie om eerst doen. "

Last Update: 6. October 2011 04:10

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit