ორი ათწლეულის განმავლობაში ფიზიკოსები ნაწილაკების ამაჩქარებლის მინიატიურიზაციას, დაპატარავებას ცდილობდნენ. ეს უზარმაზარი მოწყობილობაა, მაგალითად, დიდი ადრონული კოლაიდერი, რომელიც 27 კმ სიგრძეს აღწევს. ახლა კი ძალისხმევის შედეგად, დიდი ნაბიჯი გადაიდგა წინ – ჩინეთში ფიზიკოსებმა, ელექტრონისგან თავისუფალი ლაზერის (FEL) ასამოქმედებლად, პატარა “პლაზმური ამაჩქარებელი” გამოიყენეს.
12 მეტრის სიგრძის FEL არც ისეთი კარგია, როგორც მისი წინამორბედები, რომელთა სიგრძეც რამდენიმე კილომეტრია. მაგრამ სხვა მკვლევრების თქმით, ექსპერიმენტი მნიშვნელოვან მიღწევას წარმოადგენს ამაჩქარებლების სფეროში.
“ეს ძალიან შთამბეჭდავია! ჩვენი მიზანია, ასეთი ხელსაწყოები სასარგებლო დატვირთვით გამოვიყენოთ” – ამბობს შანხაის ოპტიკისა და სახვითი მექანიკის ინსტიტუტის (SIOM) ფიზიკოსი კე ფენგი, რომელიც ახალ FEL-ზე მუშაობდა.
ნაწილაკების ამაჩქარებლები ფართოდ გამოიყენება მეცნიერების და ინდუსტრიის სხვადასხვა დარგში – ეს არის მოწყობილობა, რომელიც ელექტრონულად დამუხტულ ატომურ ან სუბატომურ ნაწილაკთა სხივს ქმნის. ისევე, როგორც ოკეანე უბიძგებს სერფერს, ეს მოწყობილობები ელექტრონების ენერგიას ზრდის. თუმცა ნაწილაკებს მაქსიმუმ 100 მეგაელექტრონ ვოლტის (MeV) მიღება შეუძლიათ, რათა საშიშ ნაპერწკლად არ გარდაიქმნას.
მცირე მანძილზე ნაწილაკების დასაჩქარებლად, ფიზიკოსებს უფრო ძლიერი ელექტრული ველი სჭირდებათ. იგი დროში ცვლადი მაგნიტური ველის მიერ წარმოიქმნება. თუმცა ასევე, შესაძლებელია ლაზერული სინათლისა და გაზის გამოყენება, როგორიცაა ჰელიუმი – ამ გზით უკიდურესად ძლიერი ელექტრული ველის შექმნაა შესაძლებელი. ამ ველს კი ელექტრონების მოპოვება და 1000 მეგავატზე აჩქარება შეუძლია.
ფიზიკოსებმა აჩვენეს, რომ მათ ელექტრონების ძალიან მოკლე და ინტენსიური ამოფრქვევის წარმოქმნა შეუძლიათ. მაგრამ ამ ელექტრონების ენერგია, როგორც წესი, რამდენიმე პროცენტით იცვლება, რაც პრაქტიკული პროგრამების უმეტესობისთვის ძალიან ბევრია. ახლა კი SIOM-ის ფიზიკოსმა ვენტაო ვანგმა და მისმა კოლეგებმა პლაზმური ამაჩქარებლის სიმძლავრე გააუმჯობესეს.
FEL-ს ფიზიკოსები ელექტრონებს ვაკუუმის მეშვეობით და ტალღისებრი მოწყობილობებით აწვდიან. ამგვარი ტუმბოს შიგნით მცირე ზომის მაგნიტებია მოთავსებული. ელექტრული ველი მათ რყევას იწვევს, რის შედეგადაც სინათლეს ასხივებენ – დაგროვებული სინათლე ელექტრონულ ჯგიფთან ერთად მოძრაობს, ელექტრონებს იბრუნებს და ქვეჯგუფებად ყოფს, რომლებიც შემდეგ ლაზერის სხივში სინათლის გასამძაფრებლად გამოიყოფა.
იმისათვის, რომ SIOM-ის გუნდს ელექტრონისგან თავისუფალი ლაზერი ძალიან პატარა და კომპაქტური გაეხადა, ფიზიკოსებმა ელექტრული ენერგიების გავრცელება 0.5%-მდე შეამცირეს. მათ ლაზერისა და გაზის სამიზნის ოპტიმიზაცია შეძლეს, რათა უკეთ გაეკონტროლებინათ ელექტრონების აჩქარება. ამასთან, აშშ-სა და ევროპის გუნდებმა ელექტრონების გაფილტვრის მეტად დახვეწილი სქემები შეიმუშავეს, SIOM-ის გუნდმა კი უფრო მარტივი მიდგომა გამოიყენა.
გარდა ამისა, ვანგმა და მისმა კოლეგებმა აჩვენეს, რომ მესამე ტალღურ სისტემაში სინათლის ინტენსივობა 100-ჯერ იზრდება. როგორც ფიზიკოსი აგოსტინო მარინელი ამბობს, ეს უდიდესი წინ გადადგმული ნაბიჯია.
როგორც მეცნიერთა ნაწილი პროგნოზირებს, ამ მოწყობილობით ძნელი იქნება რენტგენის ტალღის სიგრძის მიღება. “ეს ძალიან შთამბეჭდავი შედეგია, მაგრამ პირადად მე მეტად ფრთხილად ვიქნებოდი რენტგენის სხივების ენერგიის ექსტრაპოლირებასთან მიმართებით. ამასთან, ძნელი სათქმელია, რამდენ ხანში იქნება შესაძლებელი რენტგენის მკაცრი ტალღის სიგრძის მიღწევა. თუმცა უკვე მოუთმენლად ველით ამ დღეს” – ამბობს რუქსინ ლი, SIOM-ის ფიზიკოსი და გუნდის წევრი.
