شتابدهنده ها ابزاری برای شتاب دادن ذرات باردار، مانند الکترون، پوزیترون و یون ها هستند. شتابدهنده های متداول در سطح جهان مانند SLAC و CERN به پیشرفت علم و تکنولوژی و همچنین شناخت جهانی که در آن زندگی می کنیم، کمک شایانی کرده است. با اینکه این شتابدهنده ها جواب بسیاری از سوالات را داده اند اما عطش انسان برای شناخت هرچه بیشتر جهان سیری ناپذیر است و محدودیت های این شتابدهنده ها، چالش قابل توجه برای دانشمندان شده است.
در شتاب دهنده های فرکانس رادیویی به دلیل پدیده شکست دی الکتریک محفظه شتابدهنده نمی تواند از یک محدوده ای بیشتر باشد. این محدودیت در هر نوع هندسه ای وجود دارد و برای غلبه بر آن باید طول شتابدهنده ها را برای دستیابی به میدان بزرگتر و انرژی بیشتر افزایش دهند. علاوه بر این مسئله فنی، هزینه های زیاد ساخت یک شتابدهنده فرکانس رادیویی آنقدر سنگین است که از بودجه های بین المللی برای راه اندازی آنها استفاده بشود. از مشکلات دیگر این شتابدهنده ها می توان به بزرگ بودن مساحت لازم برای بهره برداری اشاره کرد بطوریکه شتاب دهنده SLAC سه کیلومترمربع و CERN بیست و هفت کیلومتر مربع ( تقریباً به اندازه مساحت شهر پاریس! ) مساحت دارند. اما شتابدهنده های پلاسما، میدان های با بزرگی بسیار زیادتر از میدان بیشینه شتاب دهنده های فرکانس رادیویی تحمل می کنند. علاوه بر آن از لحاظ اقتصادی به صرفه هستند. نکته مهمتر از همه اندازهٔ این شتابدهنده است که در صورت به ثمر رسیدن تلاش های دانشمندان چیزی در حدود یک متر طول خواهد داشت. [ ۱]
• نیروی پاندرموتیو در پلاسماموج ( wake ) تولید شده توسط پرتو الکترونی در پلاسمااگر پلاسما را در معرض لیزر قرار دهیم ( اگر شدت لیزر به اندازه کافی زیاد باشد ) ، نیرویی به پلاسما توسط لیزر اعمال می شود که به نیروی پاندرموتیو ( ponderomotive ) مشهور است.
f p = ω p 2 ∇ < E 2 > 8 π ω L 2 که در آن ω p 2 فرکانس الکترونی پلاسما ، ω L 2 فرکانس زاویه ای لیزر و E میدان الکتریکی لیزر است. در این رابطه این نیرو با فرکانس الکترونی پلاسما رابطه مستقیم و با فرکانس لیزر رابطه عکس دارد. از نکات جالب این نیرو نحوه ارتباطش با میدان الکتریکی لیزر است. نیروی پاندرموتیو نه با میدان و نه با شدت میدان که با گرادیان شدت میدان الکتریکی رابطه مستقیم دارد و جهت بردار نیروی ناشی از این میدان فارغ از علامت بار ذره است. با توجه به اینکه فرکانس الکترونی پلاسما از رابطه زیر بدست می آید: ω p 2 = 4 π n e e 2 m e می توان نتیجه گرفت بر خلاف نیروی نیوتونی، نیروی پاندموتیو با جرم الکترون رابطه عکس دارد. این نیرو با باعث ایجاد جدایش موضعی بار مثبت و منفی از همدیگر در پلاسما می شود. [ ۲] چگونه می توان ذرات را در بازه مکانی بسیار کوتاه شتاب داد؟ وقتی پالس لیزری فوق کوتاه ( یا باریکه ذرات ) با شدت زیاد وارد پلاسما شود نیروی پاندرموتیو ایجاد شده باعث ایجاد جدایش بار می شود و باعث تحریک موج الکترونی در پشت سر خود می شود که اصطلاحاً به آن wakefield می گویند. به علت تحرک پذیری کم، یون ها را می توان ثابت در نظر گرفت و الکترون ها از سر راه پالس لیزری کنار می روند و بعد از عبور پالس لیزری به دلیل وجود یون های مثبت در مرکز الکترون ها به سمت جلو شتاب داده می شوند. به عبارت دیگر لیزر باعث ایجاد موج الکترونی می شود که باعث گیراندازی الکترون ها در آن می شود. درست مانند اسکی سواری که سوار بر موج دریا شده و شتاب می گیرد. [ ۱]
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفدر شتاب دهنده های فرکانس رادیویی به دلیل پدیده شکست دی الکتریک محفظه شتابدهنده نمی تواند از یک محدوده ای بیشتر باشد. این محدودیت در هر نوع هندسه ای وجود دارد و برای غلبه بر آن باید طول شتابدهنده ها را برای دستیابی به میدان بزرگتر و انرژی بیشتر افزایش دهند. علاوه بر این مسئله فنی، هزینه های زیاد ساخت یک شتابدهنده فرکانس رادیویی آنقدر سنگین است که از بودجه های بین المللی برای راه اندازی آنها استفاده بشود. از مشکلات دیگر این شتابدهنده ها می توان به بزرگ بودن مساحت لازم برای بهره برداری اشاره کرد بطوریکه شتاب دهنده SLAC سه کیلومترمربع و CERN بیست و هفت کیلومتر مربع ( تقریباً به اندازه مساحت شهر پاریس! ) مساحت دارند. اما شتابدهنده های پلاسما، میدان های با بزرگی بسیار زیادتر از میدان بیشینه شتاب دهنده های فرکانس رادیویی تحمل می کنند. علاوه بر آن از لحاظ اقتصادی به صرفه هستند. نکته مهمتر از همه اندازهٔ این شتابدهنده است که در صورت به ثمر رسیدن تلاش های دانشمندان چیزی در حدود یک متر طول خواهد داشت. [ ۱]
• نیروی پاندرموتیو در پلاسماموج ( wake ) تولید شده توسط پرتو الکترونی در پلاسمااگر پلاسما را در معرض لیزر قرار دهیم ( اگر شدت لیزر به اندازه کافی زیاد باشد ) ، نیرویی به پلاسما توسط لیزر اعمال می شود که به نیروی پاندرموتیو ( ponderomotive ) مشهور است.
f p = ω p 2 ∇ < E 2 > 8 π ω L 2 که در آن ω p 2 فرکانس الکترونی پلاسما ، ω L 2 فرکانس زاویه ای لیزر و E میدان الکتریکی لیزر است. در این رابطه این نیرو با فرکانس الکترونی پلاسما رابطه مستقیم و با فرکانس لیزر رابطه عکس دارد. از نکات جالب این نیرو نحوه ارتباطش با میدان الکتریکی لیزر است. نیروی پاندرموتیو نه با میدان و نه با شدت میدان که با گرادیان شدت میدان الکتریکی رابطه مستقیم دارد و جهت بردار نیروی ناشی از این میدان فارغ از علامت بار ذره است. با توجه به اینکه فرکانس الکترونی پلاسما از رابطه زیر بدست می آید: ω p 2 = 4 π n e e 2 m e می توان نتیجه گرفت بر خلاف نیروی نیوتونی، نیروی پاندموتیو با جرم الکترون رابطه عکس دارد. این نیرو با باعث ایجاد جدایش موضعی بار مثبت و منفی از همدیگر در پلاسما می شود. [ ۲] چگونه می توان ذرات را در بازه مکانی بسیار کوتاه شتاب داد؟ وقتی پالس لیزری فوق کوتاه ( یا باریکه ذرات ) با شدت زیاد وارد پلاسما شود نیروی پاندرموتیو ایجاد شده باعث ایجاد جدایش بار می شود و باعث تحریک موج الکترونی در پشت سر خود می شود که اصطلاحاً به آن wakefield می گویند. به علت تحرک پذیری کم، یون ها را می توان ثابت در نظر گرفت و الکترون ها از سر راه پالس لیزری کنار می روند و بعد از عبور پالس لیزری به دلیل وجود یون های مثبت در مرکز الکترون ها به سمت جلو شتاب داده می شوند. به عبارت دیگر لیزر باعث ایجاد موج الکترونی می شود که باعث گیراندازی الکترون ها در آن می شود. درست مانند اسکی سواری که سوار بر موج دریا شده و شتاب می گیرد. [ ۱]
wiki: شتاب دهنده پلاسمایی