Тема № 1.3.3.5.3. Исследование новых методов ускорения заряженных частиц

В рамках темы будут исследоваться как плазменные методы ускорения частиц, так и новые методики, основанные на твердотельных ускоряющих структурах, с целью повышения эффективности и максимально достижимой энергии ускорителей заряженных частиц при понижении размеров и стоимости. Ускорение и фокусировка частиц в плазме привлекательны из-за больших электрических и магнитных полей, которые плазма может выдерживать без разрушения. Типичные поля в экспериментах составляют 1-100 ГВ/м. Это поле, имеющее правильную фазовую скорость, нужно с высокой эффективностью и с высокой частотой повторения создать на большой длине. Для высокого качества ускоренного сгустка необходима высокая точность контроля его формы и параметров ускоряющей плазменной структуры. Характерные размеры ускоряемого сгустка – микроны и сотни микрон, поэтому для его создания, наряду с традиционными фотопушками, используются новые методы, при которых сгусток формируется непосредственно в плазме. Все это и является предметом исследований в настоящее время в мире. В последнее время под плазменными методами ускорения понимают, в первую очередь, кильватерное ускорение, при котором поле в плазме создается движущимся сквозь нее сгустком частиц или лазерным импульсом. Этот метод пока применяют только к ускорению легких частиц (лептонов), так как преимуществ при ускорении нуклонов у него пока нет. Заряд сгустков в кильватерном ускорителе обратно пропорционален ускоряющему полю и не превышает единиц нанокулонов, а частота следования невелика (десятки килогерц максимум). Этим определяются их потенциальные применения. Компактный коллайдер сверхвысокой энергии на основе плазменных методов по-прежнему остается в неопределенно далеком будущем. Зато в близкой перспективе есть компактные источники рентгеновского и гамма- излучения на основе сверхкоротких электронных сгустков с энергией до 10 ГэВ. Кроме того, плазма в перспективе может предложить отдельные элементы ускорителей: инжекторы, устройства для фокусировки или бунчировки, генерации и(или) ускорения короткоживущих частиц, торможения пучка (beam dump) и другие.