Ny, revolusjonerende teknologi for partikkelakselerasjon

I framtidas hypereffektive partikkelakselerator surfer elektronene på en bølge av plasma.

Erik Adli ved eksperimentet i California. Bak: kollega Sebastien Corde. Foto: FACET/SLAC

Å få partikler opp i fart på en effektiv måte er viktig for forskning i partikkelfysikk, men også i industri og for medisinske anvendelser som strålebehandling av kreft.

De partikkelakseleratorene vi bruker i dag er teknologiske vidundre - tenk bare på Cerns Large Hadron Collider (LHC). Men de begynner å bli upraktisk store: LHC er for eksempel 27 kilometer i omkrets.

Forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory ved Stanford har nådd en viktig milepæl i utvikling av helt ny teknologi for partikkelakselerasjon.

—Resultatene vi har nå er et stort steg framover for bruk av plasma i akseleratorer, forteller Erik Adli, førsteamanuensis ved UiO og sentral deltaker i forskningen ved SLAC.

Adli har vært ved SLAC som post doktor i nærmere 3 år og deltar fremdeles i forskningsprosjektet, selv om han nå er ansatt ved UiO.

—På sikt kan denne teknologien gi oss kompakte, energieffektive og billigere akseleratorer, flere ganger mer effektive enn dagens, sier han.

Surfer på plasmabølgen

For å få til denne type akselerasjon trengs for det første et plasma som på makroskopisk nivå er nøytralt, det vil si at det består av ionisert gass og frie elektroner.

Deretter sendes en bunt av 5-6 milliarder elektroner inn i plasmaet. Elektronstrålen er så intens at den støter vekk de frie elektronene i plasmaet. Dette skaper en bølge i plasmaet, og vi oppnår et veldig sterkt felt.

Og her her vi framme ved forskernes hovedfunn: —Forskergrupper har modellert og simulert stabile plasmabølger i en årrekke, og nå har vi påvist de eksperimentelt. Når vi sender inn en ny bunt elektroner kan vi se at den blir akselerert på en stabil og effektiv måte av det sterke feltet skapt av den første bunten, forklarer Erik Adli.

Resultatene fra SLAC-eksperimentene er så lovende at mange tror det er verdifullt å se videre på denne teknologien. SLAC var først ute, men nå er det flere laboratorier i Europa, inkludert CERN, som studerer akselerasjon med plasmabølger.

Eventuell bruk av teknologien ligger et stykke fram i tid. Basert på erfaring fra andre utviklingsprosjekter anslår Adli at det vil ta 15-20 år å utvikle teknologien, dersom en bestemmer seg for å ta den i bruk.

Kan teknologien brukes til annet enn forskning på partikkelfysikk?

—Høyenergifysikk er absolutt det området som driver utviklingen. Men basert på noen av de samme prinsippene ser vi for oss veldig kompakte lyskilder, som kan anvendes industrielt til utvikling av smarte materialer, sier Adli, og legger til at forskning på avanserte akseleratorer generelt gir muligheter for billigere maskiner for partikkelterapi.

 

 

Av Hilde Lynnebakken
Publisert 7. nov. 2014 11:38 - Sist endret 12. nov. 2014 23:19