آزمایش‌هایی در مورد لیزر از نوع الکترون آزاد



آزمایش‌هایی در مورد لیزر از نوع الکترون آزاد

 

مترجم: زهرا هدایت منش
منبع:راسخون
 
در فیزیک پلاسما چندین شاخه وجود دارد که در آن‌ها می‌توان از یک منبع تابش قوی، مؤثر و قابل تنظیم استفاده کرد. مثلاً ماشین‌های آینه مغناطیسی، برای تولید سدهای حرارتی و توپی‌های انتهایی، به چشمه‌های پر توان میکروموجی نیاز دارند تا کاهش محوری یونها را محدود کنند. اخیراً پیشنهاد شده است که گرمایش توکامک‌ها از طریق تشدید سیکلوترونی الکترون‌ها می‌تواند به عنوان یک روش گرم کردن از مزیت‌هایی برخوردار باشد، و ممکن است بتواند موجد رانش جریانی بشود که کار توکامک را در حالت پایا ممکن می‌کند. در هر دو مورد، قابل تنظیم بودن چشمه میکروموج مزیت مهمی خواهد بود.
در طول موج‌های خیلی کوتاه‌تر (nm1000-250)، گداخت با محصورسازی لخت و محرک لیزری نیازمند یک چشمه قوی تابش همدوس است. این چشمه‌ها باید هم کارا و هم ارزان باشند. آزمایش‌های اخیر این دلگرمی را به وجود آورده‌اند که لیزر الکترون آزاد بتواند این ضرورت‌های متنوع و دشوار را تحقق ببخشد.
FEL انرژی جنبشی یک باریکه الکترونی نسبیتی را مستقیماً به تابش همدوس تبدیل می‌کند. این تبدیل با عبور باریکه الکترون از یک میدان مغناطیسی که متناوباً در فضا معکوس می‌شود (اندولاتور) صورت می‌گیرد که انتقال انرژی بین باریکه الکترون و یک میدان تابش هم – انتشار را ممکن می‌سازد. کار موفقیت آمیز FEL مستلزم برقراری رابطه‌ای دقیق بین فاز میدان تابش و موقعیت الکترون نسبت به میدان مغناطیسی متناوب است.
طول موج مربوط به بیشینه بهره اپتیکی/میکروموج را انرژی باریکه الکترون، شدت میدان مغناطیسی، و زمانی که طی آن میدان مغناطیسی معکوس می‌شود، تعیین می‌کنند. این پارامترها، متغیرهای طرح‌اند، به طوری که علی الاصول می‌توان هر طول موجی را برای کار انتخاب کرد. بنابراین FEL گستره کاربرد وسیعی دارد. چون مجراهای اتلاف حرارتی لیزرهای متداول در FEL وجود ندارد، کارایی زیاد امکان‌پذیر است.
معتبر بودن اصول اساسی FEL مدت‌ها قبل نشان داده شده بود، ولی در سال گذشته در آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور نشان داده شد که در فرکانس‌های میکروموجی بسیار زیاد است. یکی از آرایه‌های آزمایشی لاورنس – لیورمور، به نام FEL، تماماً به عنوان یک تقویت کننده به کار رفت: خروجی یک مگنترون معمولی ۲۰ کیلو واتی (قله) به فرکانس GHz6ر۳۴، همراه با یک باریکه الکترون MeV5ر۳ با جریان A800 (که به وسیله یک شتاب‌دهنده آزمایشی تولید شده بود)، از اندولاتوری به طول ۳ متر عبور داده شد و یک علامت میکروویو تقویت شده به دست آمد. از آزمایش‌های اولیه بهره dB40 با قله قدرت خروجی MW180 و کارایی استخراج کل ۶% حاصل شد. برای به دست آوردن این نتیجه فقط از طول m4ر۱ اندولاتور استفاده شد. تقویت کننده@های طویل توان خروجی را زیاد نکرد ۶% استخراج انرژی کافی بود که روابط فازی الکترون‌ها و میدان میکروموجی را از بین ببرد.
اما، اندولاتور ELF را می‌توان تدریجاً باریک کرد، یعنی میدان مغناطیسی آن را می‌توان تقلیل داد به نحوی که حتی با استخراج مقدار قابل ملاحظه‌ای از انرژی جنبشی باریکه الکترون همزمانی فاز حفظ شود. وقتی اندولاتور لیورمور به تدریج باریک شد، قدرت خروجی از MW180 به بیش از GW1، با کارایی تبدیل کل ۳۵% افزایش یافت.
آزمایش‌هایی که در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس (طول موج μm6ر۱۰)، دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا (μm400)، دانشگاه استانفورد (μm6ر۲)، TRW/ استانفورد (μm6ر۱) واورسی (μm6ر۰) انجام گرفته، نشان داده است که FEL ها می‌توانند در طول موجهای اپتیکی، کار کنند، منتهی کارائیشان تاکنون بسیار کم بوده است. آزمایش LANL نشان داد که FEL گستره تنظیم قابل ملاحظه‌ای دارد و این حاکی از قابلیت تطبیق و انعطاف FEL است.
موفقیت این آزمایش‌ها بسیار دلگرم کننده است، ولی در سال‌های آینده لازم است که حوزه‌های متعددی در فیزیک FEL (از نظر طول موج و مقیاس توان) و فیزیک شتابدهنده‌ها بررسی شوند، تا ثابت شود که FEL حقیقتاً یک چشمه ارزان، کارا و قابل اعتماد تابش همدوس است.

 



لینک منبع

اشتراک گذاری مطلب

انتشار مطالب با ذکر منبع مجاز می باشد.