Ученые из Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) разработали метод ускорения ионов и электронов до высоких энергий с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, что позволяет в некоторых случаях обойтись без гигантских электромагнитных ускорителей, сообщает пресс-служба института.
Группа под руководством Валерия Быченкова с начала 2000-х годов исследует возможности использования лазера для получения ускоренных пучков заряженных частиц. Сверхкороткий лазерный импульс, направленный в твердую мишень, "выбивает" из нее ионы и электроны, разогнанные до околосветовых скоростей.
Энергия частиц в этом случае может достигать десятков мегаэлектронвольт на нуклон, что сопоставимо с энергией небольшого ускорителя. Полученные пучки частиц могут быть использованы в качестве инициаторов термоядерной реакции в установках инерциального управляемого термоядерного синтеза, а также для получения короткоживущих изотопов для ядерной медицины или протонной радиотерапии.
В работах, опубликованных в разные годы в таких журналах, как Physical Review E, Physics of Plasmas, Бочкарев и его коллеги описали созданные ими математические модели ускорения ионов и электронов при взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса с газом и сверхтонкой фольгой.
Эксперименты показали, что электроны могут ускоряться до энергий 1,5 гигаэлектронвольта на расстоянии всего лишь около сантиметра. Бэйтсковский линейный ускоритель электронов в Массачусетском технологическом институте (США) разгоняет электроны до энергии около 1,1 гигаэлектронвольта. Однако его длина составляет 160 метров.
По мнению ученых, современные фемтосекундные лазерные установки, которые достаточно компактны, чтобы их можно было смонтировать на лабораторном столе, могут быть использованы даже для моделирования крупномасштабных космических катастроф, например гамма-вспышек.
"Использование мощных лазерных систем уже сегодня дает возможность создать плазму, параметры которой приближаются к параметрам реальных гамма-всплесков. Наличие таких систем позволит решать более сложные задачи, например раскрыть механизмы рождения космических лучей во вселенной", - отмечает Сергей Бочкарев, один из соавторов Быченкова.
