Bàn đạp ga nhỏ gọn tạo ra hàng chục tỷ volt năng lượng bằng cách cho các electron lướt qua tia laser

Bàn đạp khí hạt có tiềm năng lớn cho các ứng dụng bán dẫn, hình ảnh và trị liệu y tế cũng như vật liệu, năng lượng và nghiên cứu y học. Nhưng bàn đạp ga truyền thống đòi hỏi không gian rộng để vận hành, rất đắt tiền và chỉ có ở một số phòng thí nghiệm quốc gia và trường đại học. Theo số mới nhất của tạp chí Vật chất và bức xạ trong điều kiện khắc nghiệt, một nhóm các nhà nghiên cứu trong đó có Đại học Texas ở Austin đã trình diễn một bàn đạp ga hạt nhỏ gọn dài chưa đến 20 mét được gọi là Máy gia tốc trường đuôi Laser tiên tiến, tạo ra một chùm electron có năng lượng 10 tỷ electron volt.
Hiện tại chỉ có hai bàn đạp ga ở Mỹ có thể đạt tới mức năng lượng điện tử cao như vậy, nhưng cả hai đều dài 3 km. Giờ đây, các nhà nghiên cứu có thể đạt được năng lượng cao như vậy trong một căn phòng có đường kính 10 cm.
Bàn đạp ga trường đánh lửa bằng laser dựa trên nguyên lý bắn khí helium bằng tia laser cực mạnh làm nóng nó thành plasma và tạo ra sóng đánh bật các electron ra khỏi khí, tạo ra chùm electron năng lượng cao. Khái niệm này đã được công bố rộng rãi kể từ khi nó được đề xuất vào năm 1979.
Lần này, bước tiến quan trọng của nhóm nghiên cứu phụ thuộc vào các hạt nano. Một tia laser phụ chiếu vào một tấm kim loại bên trong buồng khí, bơm một dòng hạt nano kim loại vào để tăng cường năng lượng truyền từ sóng tới các electron.
Tia laser, giống như một chiếc thuyền lướt trên mặt hồ, để lại vệt sáng và các electron cưỡi sóng plasma này giống như một người lướt sóng. Các nhà nghiên cứu so sánh điều này với khó khăn của một người lướt sóng khi lao vào một con sóng không được kiểm soát, vì vậy thông thường một chiếc thuyền máy sẽ kéo người lướt sóng vào làn sóng. Ở bàn đạp ga mới, các hạt nano tương đương với một chiếc thuyền máy, giải phóng các electron của chúng vào đúng điểm và đúng thời điểm để chúng có thể “lướt” sóng đuôi.
Trong các thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một trong những loại laser xung mạnh nhất thế giới, Texas Tile Laser, phát ra xung ánh sáng cực mạnh mỗi giờ một lần nhưng chỉ kéo dài 150 femto giây.
Nhóm hiện đang khám phá việc sử dụng bàn đạp ga cho nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như kiểm tra khả năng chịu bức xạ của thiết bị điện tử vũ trụ, chụp ảnh bên trong 3D của thiết kế chip và thậm chí phát triển các liệu pháp điều trị ung thư mới và kỹ thuật hình ảnh y tế tiên tiến.
Bàn đạp ga cũng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tia laser điện tử tự do tia X, một thiết bị có thể quay phim chuyển động chậm về các sự kiện ở quy mô nguyên tử hoặc phân tử như tương tác tế bào thuốc, những thay đổi bên trong pin gây ra hỏa hoạn. đầu tiên là các phản ứng hóa học bên trong tấm pin mặt trời và cách các protein của virus thay đổi hình dạng khi chúng lây nhiễm vào tế bào.