Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Японцы создали прототип настольного ускорителя частиц — он разгоняет электроны до «скорости света» на масштабе муравья
01.04.2026 [13:18],
Геннадий Детинич
Коллектив учёных из Японии совершил прорыв в создании компактных ускорителей частиц. Они впервые продемонстрировали повышение мощности лазера на свободных электронах в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне длин волн 27–50 нм с помощью так называемого кильватерного ускорения, инициированного лазерным лучом в плазме, что впервые произошло на отрезке всего нескольких миллиметров. Это путь к настольным ускорителям, которые далеко продвинут науку. 
Источник изображения: SANKEN В исследовании приняли участие учёные из Института научных и промышленных исследований Университета Осаки (SANKEN) совместно с Kansai Institute for Photon Science (KPSI), Национального института квантовой науки и технологий (QST), Центра RIKEN SPring-8 (RSC) и Организации исследований высоких энергий (KEK). Сегодня ускорители электронов, лежащие в основе синхротронов, это системы с периметром до нескольких сотен метров. Например, создающийся в России под Новосибирском ускоритель СКИФ кольцо периметром около полукилометра. Это делает исследования с использованием ускорителей доступными относительно небольшому количеству коллективов. Настольные ускорители, напротив, помогут совершать научные прорывы даже на уровне небольших лабораторий. Добавим, что ускоритель электронов интересен как источник вторичного рентгеновского излучения. Эксперимент с ультрафиолетовым излучением — это шаг в нужном направлении. Благодаря более короткой волне когерентного рентгеновского света и за счёт повышения его энергии в компактном ускорителе будет повышено разрешение получаемой картинки — атомарной структуры материалов, строения клеток и всего, на что будет направлен этот луч. Подобные ускорители позволят буквально заглянуть в суть вещей и организмов. Ключевым успехом в разработке компактной установки стало получение стабильных моноэнергетических электронных пучков высокой энергии благодаря усовершенствованной форме лазерного импульса, повышающей точность фокусировки, и специально разработанным сверхзвуковым газовым соплам, обеспечивающим устойчивые фронты плазмы. В результате исследователям удалось добиться усиления лазера на свободных электронах в экстремальном ультрафиолете. Технология использует плазменные поля, которые в тысячу раз сильнее полей традиционных ускорителей, сокращая трек для ускорения с сотен метров до миллиметров. Метод основан на фокусировке мощного лазерного импульса на сверхзвуковой газовой струе, что создаёт плазму и формирует волны, ускоряющие электроны почти до скорости света. Полученный пучок электронов затем транспортируется в ондулятор — регулярную магнитную структуру, где электроны колеблются и генерируют когерентное лазерное излучение. Повышение стабильности плазмы позволило преодолеть предыдущие проблемы, связанные с неконтролируемым поведением плазменной среды. Это открытие приближает создание компактных рентгеновских лазеров на свободных электронах, способных генерировать излучение в 10 миллиардов раз ярче Солнца с длительностью импульсов на уровне фемтосекунд, но в условиях обычной лаборатории. Такие устройства обещают революцию исследований в биологии, материаловедении, разработке полупроводников и квантовых технологиях. По основному накопительному кольцу российского синхротрона СКИФ впервые пронёсся рабочий пучок электронов
23.12.2025 [21:14],
Геннадий Детинич
Под Новосибирском достигнут важный этап в создании Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) — первой в России установки синхротронного излучения четвертого поколения (4+), которая станет самым мощным в мире источником такого света. 22 декабря 2025 года учёные успешно переправили пучок электронов с энергией 3 гигаэлектронвольта (ГэВ) из бустерного синхротрона в основное накопительное кольцо. Работа не за горами. 
Источник изображения: ТАСС Периметр бустерного кольца достигает 158 метров. В этом кольце пучок электронов в электромагнитном канале за полсекунды будет разгоняться до 3 ГэВ — энергии, на которой будет работать синхротрон. По достижении этой отметки пучок по 220-метровому транспортному тоннелю будет влетать в основное накопительное кольцо периметром 476 м. В основном кольце электроны будут разгоняться до околосветовой скорости, после чего смогут возбуждать вторичное рентгеновское излучение на специальных портах. Каждый такой порт будет выходить в лабораторию на испытательную установку. Лабораторий, или испытательных станций, по периметру основного кольца будет 30 штук — все для разных задач, от биологии до материаловедения. 
Общий вид на объекты ЦКП «СКИФ». Рендер. Источник изображения: СО РАН Монтаж бустерного кольца начался в ноябре 2024 года. Первые пучки по кольцу запустили в августе 2025 года. В ноябре СКИФ был готов на 95 %. И хотя проект из-за санкций немного запаздывает, его реализация идёт близко к утверждённому графику. Во всяком случае, пучок с рабочей энергией 3 ГэВ запущен в основное накопительное кольцо, что зафиксировали датчики. Похоже, первая научная работа на установке не задержится. Лаборатории будут вводиться постепенно ещё не один год, но первые из них заработают уже в начале 2026 года. Высочайшая яркость синхротронного излучения СКИФа поможет учёным заглянуть вглубь вещества с ещё большей детализацией, чем когда бы то ни было. На установке СКИФ начался монтаж бустерного кольца синхротрона — его запустят к весне 2025 года
13.11.2024 [18:47],
Геннадий Детинич
Как сообщает информагентство ТАСС, специалисты Института ядерной физики СО РАН приступили к монтажу оборудования бустерного синхротрона на установке «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Работы планируется завершить весной 2025 года, после чего начнутся первые эксперименты на установке. 
Общий вид на объекты ЦКП «СКИФ». Рендер. Источник изображения: СО РАН «К весне 2025 года все 44 гирдера бустера будут собраны в кольцо периметром 158 м и соединены с инженерными системами. Также к этому сроку будет смонтирована автоматизированная система радиационного контроля и станут возможны испытания этого сегмента ускорительного комплекса с электронным пучком. Здесь за полсекунды пучок будет разгоняться до 3 ГэВ — это энергия, на которой работает ЦКП "СКИФ"», — сообщили в пресс-службе. Первая партия гирдеров — подставок под магнитное и вакуумное оборудование с погрешностью размещения 70 мкм — была доставлена в центр в начале лета 2024 года. Общий вес оборудования для монтажа бустера превышает 160 т. Чтобы выдержать заданную и рекордную точность (ранее допускалась погрешность порядка 100 мкм), в помещении была смонтирована геодезическая сеть, к которой будет осуществляться привязка при монтаже. Всего для кольца бустера длиной 158 м потребуется установить 44 гирдера. На них будет установлено оборудование для разгона и фокусировки пучка элементарных частиц. В здании инжектора также ведётся монтаж линейного ускорителя. Ускоряющие и диагностические элементы линейного ускорителя уже смонтированы в соответствии с проектом. Осталось собрать вакуумную систему, первые эксперименты с которой ожидаются в декабре 2024 года. Проект СКИФ относится к классу научных проектов «мегасайенс». Это синхротрон поколения 4+. Уникальные характеристики нового синхротрона позволят проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения во множестве областей — химии, физике, материаловедении, биологии, геологии, гуманитарных науках. Также СКИФ поможет решать задачи в интересах промышленности. Для российского синхротрона СКИФ собран первый детектор
18.09.2024 [13:53],
Геннадий Детинич
Осталось около полугода до начала работы синхротрона СКИФ в наукограде Кольцово Новосибирской области и запуска первой очереди исследовательских станций на его основе. И одной из первых заработавших на комплексе станций станет лаборатория для изучения быстрых переходных процессов в материалах. На днях российские учёные сообщили об изготовлении первых детекторов как для этой лаборатории, так и для синхротрона. 
Источник изображения: https://strana-rosatom.ru Всего на СКИФе будет 30 экспериментальных станций. Полное их создание растянется на несколько лет, но сам синхротрон и первые станции будут завершены к концу 2024 года. Эксплуатация синхротрона и первой очереди лабораторий начнётся в первой половине 2025 года. Представленный на днях детектор позволит снимать быстрые процессы в материалах со скоростью до 10 млн кадров в секунду. Образцы будут облучаться синхротронным излучением (разогнанными до релятивистских скоростей электронами). Детектор GINTOS для лаборатории (координатный детектор на полупроводниках) изготовили сотрудники Томского государственного университета (ТГУ) и Института ядерной физики им. Будкера (ИЯФ). «Детектор GINTOS позволит исследовать реакцию материалов на импульсные тепловые и механические нагрузки. Это необходимо для понимания процессов, которые будут происходить, например, в термоядерном реакторе ИТЭР при попадании раскалённой плазмы на вольфрамовую стенку. Также детектор позволит изучать распространение ударных волн и других динамических процессов в микросекундном диапазоне», — рассказал главный научный сотрудник ИЯФ Лев Шехтман. Как нетрудно понять, датчики GINTOS должны быть очень быстродействующими. Для них радиофизики ТГУ разработали сенсоры на основе арсенида галлия, компенсированного хромом. Этот материал обладает повышенной радиационной стойкостью и чувствительностью к рентгеновскому излучению. «Полупроводниковые сенсоры преобразуют фотонный сигнал в электрический, а электроника регистрирует этот сигнал и передаёт изображение в компьютер, — объясняет заведующий лабораторией детекторов синхротронного излучения ТГУ Олег Толбанов. — Количество кадров очень велико, поэтому результат съёмки — это не отдельные изображения, а фильм». Синхротрон СКИФ станет первым в мире источником синхротронного излучения поколения 4+. Он откроет широкие возможности для исследований в области материаловедения, биологии, фармацевтики, физики, квантовой химии и многих других сфер. Датчик для Большого адронного коллайдера поможет удалять опухоли головного мозга
08.03.2024 [15:54],
Геннадий Детинич
От большой науки редко ждут немедленного практического результата, но исключения бывают. Свежим примером стало использование датчика для регистрации столкновений частиц на БАК для картирования тканей головного мозга при работе с опухолями. Датчик помогает определять контуры опухоли и даёт возможность уничтожить её с минимальным вредом для пациента. 
Источник изображения: CERN В обычных условиях для облучения опухоли электронным пучком карта тканей создаётся с помощью предоперационной компьютерной томографии. К моменту операции ткани могут сдвинуться, и работа с опухолью может быть неточной. Разрушение электронным пучком здоровых тканей мозга ни к чему хорошему не приведёт. Пациент может потерять фрагменты памяти, элементы сенсорики и моторики. Чтобы чётко определять края злокачественной ткани, чешская компания ADVACAM использовала созданный для экспериментов с элементарными частицами датчик Timepix компании Medipix Collaborations. Датчик фиксирует вторичное излучение в виде рассеивания электронного пучка на живых тканях и опухоли. Если картина меняется — в поле действия пучка попадает здоровая ткань — работа пучком по опухоли прекращается. Сейчас это просто остановка процедуры для проведения новой томографии.  В будущем разработчики обещают создать установку для автоматического управления проектором в ходе операции, что упростит и ускорит процедуру удаления опухоли, а также снизит опасность повреждения здоровых тканей. Созданный для задач CERN прибор принесёт фактически немедленную пользу, на которую при его разработке даже не рассчитывали. Учёные приблизились к созданию ускорителя электронов размером с обувную коробку
01.03.2024 [12:01],
Геннадий Детинич
Исследователи из Стэнфордского университета разработали и создали крошечный ускоритель электронов, который может быть собран в корпусе размером с коробку из-под обуви. Когда-нибудь они заменят мегадорогие ускорители для передовых исследований в физике и внесут кардинальные перемены в медицинское обслуживание, промышленность и даже повседневную жизнь. 
Источник изображения: Moore Foundation / Payton Broaddus Исследователи показали, что кремниевый диэлектрический лазерный ускоритель (DLA) способен как ускорять, так и направлять электроны, создавая сфокусированный пучок электронов высокой энергии. «Если бы электроны были микроскопическими автомобилями, мы бы как будто впервые сели за руль и нажали на газ», — пояснила 23-летняя Пейтон Броддус (Payton Broaddus), кандидат наук в области электротехники и ведущий автор статьи, опубликованной 23 февраля с подробным описанием прорыва в журнале Physical Review Letters. Сегодня ускорители частиц не отличаются компактностью, начинаясь от размеров с приличный рабочий стол и заканчивая Большим адронным коллайдером с кольцом длиной почти 27 км. Это дорогостоящие научные приборы, использовать которые полноценно могут в основном академические учёные. Создание компактных и относительно недорогих или вовсе недорогих ускорителей позволит применять их в медицине для детальной визуализации внутренних тканей органов человека и для лечения опухолей. Ускорители помогут с анализом материалов, веществ и с неразрушающим контролем качества. Наконец, появятся приборы, по-настоящему показывающие нитратный и даже молекулярный состав купленных в магазине фруктов и овощей. Около 10 лет назад исследователи из Стэнфорда начали экспериментировать с наноразмерными структурами, изготовленными из кремния и стекла, которые без деформаций выдерживали большие перепады температур, чем металлические части ускорителей. В 2013 году был создан прототип крошечного ускорителя из стекла на основе импульсных инфракрасных лазеров, который успешно разгонял электроны. Под эту разработку Фонд Гордона и Бетти Мур в рамках международного сотрудничества Accelerator on Achip (ACHIP) выделили средства на создание мегаэлектронвольтового ускорителя размером с обувную коробку. 
Изображение трека для создания сфокусированного пучка электронов. Источник изображения: Physical Review Letters В результате исследований была разработана микроструктура, которая оказалась способна фокусировать пучок электронов в двух плоскостях, ускоряя и направляя их вдоль горизонтальной плоскости. Электроны вводятся с одной стороны субмиллиметрового трека, а с обоих его концов происходит импульсное освещение лазерами. Предложенное решение позволило придать электронам дополнительно 25 % энергии — ускорить их до 23,7 кэВ. Это ускорение сопоставимо с возможностями классических настольных ускорителей, но реализовано в «коробке из-под обуви». Дальнейшее совершенствование схемы позволит поднять энергию ускорения до запланированного уровня в 1 МэВ. Каскад таких ускорителей или использование на начальном этапе других схем, например, этой, созданной коллегами из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене и Нюрнберге (FAU), позволит изготавливать компактные усилители с разгоном электронов до субсветовых скоростей. Но это работа для далёкого будущего. Сейчас в этом направлении сделаны хоть и успешные, но только первые шаги. |
© 1997—2026 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
