มีการใช้ลำแสงโปรตอนสำหรับการเร่งความเร็วของเวคฟิลด์ในพลาสมาเป็นครั้งแรก โดยขับอิเล็กตรอนให้มีพลังงาน 2 GeV ในระยะทางเพียง 10 เมตร เทคนิคนี้พัฒนาขึ้นโดยการทำงานร่วมกันของAWAKE ของ CERN และยังคงเป็นขั้นต้น แต่อาจเร่งอนุภาคพื้นฐานให้มีพลังงานสูงมากได้ Large Hadron Collider (LHC) ของ CERN เร่งโปรตอนเป็น 6.5 TeV
ก่อนที่จะทุบรวมกันด้วยพลังงานรวม 13 TeV
โปรตอนค่อนข้างหนักและประกอบด้วยควาร์กสามตัว ซึ่งหมายความว่าการชนกันจะสร้างอนุภาคจำนวนมากที่ต้องตรวจจับและวิเคราะห์ในขณะที่การลอดผ่านเศษซากของการชนเหล่านี้ได้นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญ รวมถึง Higgs boson ซึ่งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและต้องใช้ข้อมูลมาก เป็นผลให้นักฟิสิกส์อนุภาคบางคนเสนอว่าเครื่องชนกันขนาดใหญ่ถัดไปหลังจาก LHC ควรใช้อนุภาคพื้นฐานที่เบากว่าเช่นอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการชนกันที่ “สะอาดกว่า” ซึ่งทำให้เกิดอนุภาคน้อยลง
ปัญหาคือเครื่องเร่งอนุภาคแบบวงกลมอย่าง LHC ไม่เหมาะสำหรับการชนกับอนุภาคมูลฐานของแสง การเร่งอนุภาคที่มีประจุในเส้นทางโค้งทำให้เกิดการแผ่รังสีซินโครตรอน และอนุภาคแสงสูญเสียพลังงานในกระบวนการนี้มากกว่าอนุภาคที่หนักกว่า ดังนั้น การออกแบบส่วนใหญ่สำหรับการชนกันของอนุภาคพื้นฐานจึงเป็นแบบเชิงเส้น International Linear Collider – เสนอสำหรับ การก่อสร้างในญี่ปุ่น – จะต้องเร่งอิเล็กตรอนมากกว่า 11 กม. เพื่อให้ไปถึง 0.25 TeV
ท่องพลาสม่าการเร่งความเร็วของเวคฟิลด์ด้วยพลาสม่าเป็นวิธีที่แตกต่างอย่างมากในการเร่งความเร็วอิเล็กตรอนในระยะทางที่สั้นกว่ามาก ชีพจรของอนุภาคหรือแสงเลเซอร์ที่เข้มข้นถูกยิงเข้าไปในพลาสมา โดยแยกอิเล็กตรอนออกจากไอออนเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่แพร่กระจายเหมือนการตื่นของเรือ (สนามเวค) หลังชีพจร หากฉีดอิเล็กตรอนในเวลาที่เหมาะสม พวกมันสามารถท่องคลื่นนี้และถูกเร่งให้มีพลังงานสูงมากในระยะทางที่ค่อนข้างสั้น
เท่าที่เรือขนาดใหญ่สามารถสร้างเวคฟิลด์ที่ใหญ่ขึ้นได้ เวคฟิลด์ที่ใหญ่ขึ้นสามารถสร้างขึ้นในพลาสมาได้โดยใช้พัลส์ที่มีพลังมากขึ้น การสาธิตการทดลองก่อนหน้านี้ของการเร่งความเร็วเวคฟิลด์ในพลาสมานั้นใช้พัลส์เลเซอร์หรือมัดอิเล็กตรอนเพื่อสร้างเวคฟิลด์ที่จำเป็น
น่าเสียดายที่พลังงานสูงสุดที่สามารถ
บรรจุลงในพัลส์เลเซอร์ตัวเดียวได้ เช่น อยู่ที่ประมาณ 1 J ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนเพื่อเร่งอิเล็กตรอนให้มีพลังงานสูงสุด
อย่างไรก็ตาม โปรตอนสามารถเร่งความเร็วได้ค่อนข้างง่าย และในปี 2552 Allen Caldwellจากสถาบันฟิสิกส์มักซ์พลังค์ในมิวนิกและเพื่อนร่วมงานเสนอว่ากลุ่มโปรตอนยาว 100 ไมครอนสามารถเร่งอิเล็กตรอนให้มากกว่า 0.5 TeV ในเวลาน้อยกว่า 500 เมตร มีปัญหาอย่างหนึ่งกับโครงการนี้ – ยังไม่มีกลุ่มโปรตอนหนาแน่น 100 ไมครอน
พวงปรับตัวเองพวงจากSuper Proton Synchrotron ของ CERN ที่ ใช้โดย AWAKE มีความยาวประมาณ 10 ซม. ดังนั้นทีมแรกจึงยิงพวงเข้าไปในพลาสมา ซึ่งทำให้ “ปรับตัวเอง” เป็นชุดของพวงที่สั้นกว่า “กระจุกขนาดเล็กเหล่านี้สั้นกว่าและหนาแน่นกว่า” แมทธิว วิง สมาชิก AWAKE แห่งมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน อธิบาย “สนามไฟฟ้าของพวกมันอยู่ในเฟส ดังนั้นพวกมันจึงขัดขวางอย่างสร้างสรรค์เพื่อขับเคลื่อนสนามเวคที่แรงขึ้นและแข็งแกร่งขึ้น”
ปฏิสสาร ‘เซิร์ฟ’ ไปสู่พลังงานที่สูงขึ้นบนคลื่นพลาสม่าโดยการฉีดอิเลคตรอนบริเวณด้านหลังของพวง นักวิจัยเร่งให้อิเล็กตรอนเป็น 2 GeV ในพลาสมาเพียง 10 เมตร “เพื่อนร่วมงานทางทฤษฎีของเราได้แสดงให้เห็นว่า ถ้าคุณใช้กลุ่ม LHC อย่างที่เป็นอยู่ตอนนี้ คุณสามารถเร่งอิเล็กตรอนให้อยู่ที่ประมาณ 1 TeV ในเวลาเพียง 1 กม. และไปถึง 6 TeV ในเวลาประมาณ 8-10 กม.” Wing กล่าว “เราจำเป็นต้องทำการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานสูงด้วยคุณภาพของลำแสงที่ยอดเยี่ยม แต่หวังว่าสิ่งนี้จะทำให้ผู้คนเริ่มคิดว่าสิ่งนี้จะรวมเข้ากับการออกแบบสำหรับเครื่องชนกันในอนาคตได้อย่างไร”
นักฟิสิกส์พลาสม่าSébastian Cordeจาก Laboratoire
d’Optique Appliquée ในฝรั่งเศสรู้สึกประทับใจมาก: “วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นมากมายที่เรามีในการเร่งด้วยพลาสม่า” เขากล่าว อย่างไรก็ตาม เขาเตือนว่ายังมีงานอีกมากที่ต้องทำ: “สำหรับทุกๆ 2600 อิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไป จะมีเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่ติดอยู่ในคลื่นพลาสม่าและเร่งความเร็ว…เห็นได้ชัดว่านั่นคือสิ่งที่พวกเขาจะต้องดำเนินการ”
Wim Leemansผู้อำนวยการ Berkeley Lab Laser Accelerator Center ในแคลิฟอร์เนียกล่าวเสริมว่า “เมื่ออยู่ใน [การเร่งความเร็วด้วยพลาสม่าเวคฟิลด์] มานานกว่าสามทศวรรษแล้ว ฉันพบว่ามันสำคัญมากที่ CERN ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลังงานสูงหลักในโลกได้เริ่มต้นขึ้น ลงทุนในเทคโนโลยีนี้”
นุสรัตและเพื่อนร่วมงานได้ออกแบบเครื่องวัดปริมาณความร้อนของน้ำโดยใช้การวิเคราะห์วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อปรับความเสถียรและประสิทธิภาพทางความร้อนให้เหมาะสมที่สุด เพื่อแก้ไขปัญหาข้อบกพร่องด้านความร้อน พวกเขาได้ปิดเครื่องตรวจจับความร้อน (เทอร์มิสเตอร์) ไว้ในภาชนะแก้วที่มีน้ำบริสุทธิ์สูงที่อิ่มตัวด้วยก๊าซไฮโดรเจน
เครื่องวัดความร้อนถูกสร้างขึ้นโดยใช้ส่วนประกอบพลาสติกและเซรามิกที่เข้ากันได้กับ MR และถังเก็บน้ำแบบพกพาที่มีภาชนะแก้วทำงานที่อุณหภูมิ 4°C เพื่อลดการถ่ายเทความร้อน ยังรักษาเสถียรภาพทางความร้อนโดยใช้เครื่องกวนแบบไฮดรอลิกและฉนวนความร้อน “เราได้ออกแบบและสร้างเครื่องวัดปริมาณความร้อนในน้ำที่สามารถทำงานในการตั้งค่ารังสีบำบัดได้หลากหลาย” นายนุสรัตกล่าว
ทีมงานใช้อุปกรณ์นี้ในการวัดปริมาณความร้อนบน Elekta MR-linac แคลอรีมิเตอร์สามารถมองเห็นได้ชัดเจนในภาพขนาด 1.5 MR ทำให้สามารถระบุตำแหน่งได้อย่างแม่นยำภายในสนามรังสี พวกเขาบันทึกการวัดเริ่มต้นโดยปิดสนามแม่เหล็ก
หลังจากการวัดความร้อน เทอร์มิสเตอร์จะถูกลบออกจากภาชนะแก้วและแทนที่ด้วยห้องไอออไนเซชันแบบปลอกนิ้วเพื่อเปรียบเทียบผลการวัดปริมาณรังสี ผลการวัดปริมาณความร้อนในน้ำเห็นด้วยกับการวัดปริมาณรังสีของห้องไอออนภายใน 2% โดยที่เครื่องวัดความร้อนบันทึกปริมาณปริมาณรังสีที่สูงกว่าเล็กน้อย นุสรัตตั้งข้อสังเกตว่าการปรับปรุงฉนวนหน้าต่างอาจปรับปรุงการติดต่อนี้ต่อไป ขั้นตอนต่อไปในโครงการนี้ เขากล่าวว่า จะทำการวัดแคลอรีมิเตอร์ซ้ำโดยเปิดสนามแม่เหล็ก
Cherenkov ตรวจสอบ
Jacqueline AndreozziจากDartmouth College ได้ นำเสนอในเซสชั่นการประชุมเดียวกันได้พูดคุยถึงการใช้ภาพ Cherenkov สำหรับการวัดลำแสงใน MR-linacs
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>ป๊อกเด้งออนไลน์ ขั้นต่ำ 5 บาท
