Científicos redujeron el acelerador de partículas al tamaño de una habitación

Un grupo de científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, JIHT RAS y FI RAS han desarrollado una fuente de neutrones ultraintensa compacta, cuya eficiencia es comparable al funcionamiento de un enorme acelerador de partículas con las dimensiones de la habitación de la propia instalación.

Las fuentes de neutrones tienen una gran demanda en varios estudios, pero las capacidades de los aceleradores existentes ya no son suficientes para nuevos experimentos. La tecnología rusa resuelve este problema, y ​​su construcción y operación es mucho más económica que la operación del acelerador.

Los científicos tomaron un láser PHELIX de alta energía con una potencia de 1015 W y dirigieron su haz hacia un objetivo de espuma de polímero. Para ello se utilizó material de triacetato de celulosa cuya densidad es de tan solo 2 mg/cm3. El primer pulso láser de 1 nanosegundo ioniza los átomos objetivo para crear una nube de plasma. El siguiente pulso dura un picosegundo y acelera los electrones en el plasma, transfiriéndoles cientos de megaelectronvoltios de energía.

Los electrones son desacelerados por una fina placa de oro, lo que permite que su energía se convierta en rayos gamma. Es una especie de fotón con una longitud de onda muy corta, de unas diezmilésimas de nanómetro. Resulta una corriente de radiación gamma, en la que billones de cuantos gamma de alta energía vuelan en una dirección determinada. Cuando alcanzan una lámina de tantalio cercana, los núcleos metálicos absorben rayos gamma, se produce una reacción fotonuclear y se producen neutrones. Durante una iteración, la fuente genera hasta 60 mil millones de neutrones, la eficiencia de la energía láser ha alcanzado el 0,05 %.

Se informa que en el curso del trabajo en la instalación, los científicos rusos establecieron un récord de eficiencia en la conversión de energía láser en rayos gamma con energías superiores a 10 MeV, alrededor del 1,4%.