Masaüstü hızlandırıcı: Mikronozullar ve lazerler dev hızlandırıcıların yerini alacak

Enerji

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 26/06/2025

Alüminyum bir mikronozulun içine yerleştirilmiş katı bir hidrojen çubuğu, plazma akışını yönlendirir ve odaklayarak proton ivmesini optimize eder. [Görsel: Masakatsu Murakami]

Mikronozul hızlandırıcı

Şu anda sadece büyük parçacık hızlandırıcılarla elde edilebileceği düşünülen giga-elektronvolt (GeV) aralığındaki enerjilere sahip parçacık demetleri, yakında kompakt konfigürasyonlarda üretilebilecek. Bu sayede, teknik çok daha ucuz hale gelmekle kalmayacak, aynı zamanda daha küçük uygulamalarda da kullanılmasının önü açılacak.

Japonya'daki Osaka Üniversitesi'nden Masakatsu Murakami ve meslektaşları, mikronozul hızlandırma adını verdikleri yeni bir kavram geliştirdiler.

Ekip, bir otomobilin yakıt enjeksiyon nozuluna benzer küçük özelliklere sahip bir mikro hedef tasarlayıp, onu çok yoğun ama aynı zamanda çok hızlı lazer darbeleriyle ışınlayarak, yüksek kaliteli GeV sınıfı proton ışınları üretmenin yeni bir yolunu geliştirdi: dünyada bir ilk.

Düz hedefler kullanan ve 100 megaelektronvolt (MeV) (1 GeV = 1000 MeV) altındaki enerji sınırlarına ulaşan geleneksel lazer tabanlı hızlandırma yöntemlerinden farklı olarak, mikronozul yapısı hedefin içinde oluşturulan yarı-statik bir elektrik alanı içinde protonların sürekli ve kademeli bir şekilde hızlandırılmasını sağlar.

Sayısal simülasyonlar, yeni mekanizmanın proton enerjilerinin 1 GeV'u aşmasına, mükemmel ışın kalitesi ve kararlılığına olanak sağlayacağını gösteriyor.

Mikronozul hızlandırma, proton verimini en üst düzeye çıkarmak için nozul boynuna hassas bir şekilde yerleştirilmiş katı bir hidrojen çubuğu (H-çubuk) barındıran küçük bir nozul kullanır. Bir "güç merceği" görevi gören mikronozul, olay lazer enerjisini H-çubuğa odaklayarak verimli ve yerelleştirilmiş enerji birikimini mümkün kılar. [Görsel: M. Murakami ve diğerleri - 10.1038/s41598-025-03385-x]

Denemeye değer

Proje hazır ve matematiksel olarak gösterilmişken, şimdi deneyciler ve mühendislerin projenin pratikte işe yaradığını göstermek için ellerini kirletmeleri gerekecek.

Bu, tasarımı ve yapımı onlarca yıl süren devasa hızlandırıcılara kıyasla yeni hızlandırıcının kompakt boyutları sayesinde büyük ölçüde kolaylaştırılacak.

Ve test edilmeye değer olacak, çünkü yüksek enerjili proton hızlandırıcılarının temel fiziğin ötesinde uygulamaları var; bunlara lazer tabanlı nükleer füzyon reaktörleri ve kanser tedavisi için daha kompakt, hassas sistemler de dahil.

Murakami, "Bu keşif, kompakt, yüksek verimli parçacık hızlandırmaya yeni bir kapı açıyor," dedi. "Bu yöntemin lazer füzyon enerjisi, gelişmiş radyoterapi ve hatta laboratuvar ölçeğinde astrofizik gibi alanlarda devrim yaratma potansiyeline sahip olduğuna inanıyoruz."

Diğer haberler:

Daha fazla konu