Мишени с большим количеством пустот уже пробовали — ничего путного из этого, к сожалению, не вышло, то есть заметного улучшения энергии или профиля пучка протонов не наблюдалось.
Активно управлять пучком вряд ли целесообразно по нескольким причинам.
Во-первых, практически вся «пропускающая» оптика горит на наших интенсивностях. Во-вторых, вся электроника, которая участвует в этом мероприятии должна быть вакуум-совместимой, иначе она либо сгорит, либо испортит нам вакуум и насосы.
Другими словами, с контрастом импульса можно и нужно бороться, но достигается это другими способами. В идеале, контраст должно быть можно контролировать.
Кстати, нечто подобное DLP мы используем. Это деформируемое зеркало в связке с фазочувствительной камерой. Эта пара устройств позволяет нам корректировать волновой фронт импульса и таким образом получать маленькое и круглое фокальное пятно.
Масс-спектрометр нам не очень нужен, его в нашем случае вполне может заменить парабола Томсона (комбинация магнита и электрического поля), над которой мы сейчас трудимся, поскольку мы точно знаем, какие ионы у нас летят.
Мы достоверно знаем, что измеряем только свойства пучка протонов (только они долетают до детектора), для этого нам достаточно упомянутой выше установки.
Естественно, мы тоже за чистоту эксперимента, но 20% усилий приносят 80% результата, как известно. Часто чистоты полученного результата хватает для выводов об исследуемом объекте. Если их не хватает, то эксперимент переделывается с некоторыми поправками, но это случается достаточно редко. Как бы странно это ни прозвучало, часто приходится полагаться на интуицию при прикидывании чистоты эксперимента.
Такой подход, естественно, прощается только с твердыми телами. Если работать с газами, то появляется куча заморочек совершенно иного порядка. Например, за соседней дверью от нашей товарищи занимаются генерацией аттосекундных импульсов и высоких гармоник. Им важна не только чистота газа, но и то, насколько пучок лазера дрейфует от выстрела к выстрелу, а это микрорадианы
Если поставить какой-то слой перед графеном, то этой слой сначала ионизируется, а потом нагреется, и механизм ускорения будет очень похож на то, что происходит в фольге. Мы уже пробовали использовать графен в качестве мишени, пока ничего толкового из этого не вышло, и было принято решение отложить эти мероприятия на неопределенный срок.
Чтобы заменить фольгу на мыльную пленку (хотя мыльной пленки в вакууме не получится, вода еще на этапе откачки испарится), придется перебирать примерно половину всей установки, а это займет где-то месяц. Если решить стрелять по газу вместо фольги, то займет еще больше времени. Хорошо, что установка для газа у нас есть отдельно.
Ну и еще про зеркало, чтобы совсем окрасить все в серый цвет. Диаметр нашего пучка — 8 см, зеркало подходящего размера так быстро не крутануть.
Принципиальной разницы между материалом фольги нет, поскольку нас заботят только несколько поверхностных слоев с водородом на задней стенке мишени.
К сожалению, без твердой или хотя бы жидкой мишени ионы не ускоряются в той конфигурации, которую используем мы. Да и для жидкостей придется перебирать всю систему, поэтому объективных причин для такой модернизации нет.
Пока наши исследования логично следуют одно из другого, и спектроскопию добавлять смысла нет на нынешнем этапе. Кроме этого, для спектроскопии лучше иметь непрерывный поток частиц, а у нас импульсы, притом без ярко выраженной частоты повторений, так называемый single-shot
Боюсь, что мне придется согласиться. К сожалению, чем «фундаментальнее» взаимодействие (как электромагнитное, например), тем сложнее объяснить его на пальцах. Приходится признать, что я тоже не могу этого сделать. По крайней мере сейчас
Финансирует нас Knut Alice Wallenberg Foundation, проект называется PLIONA. Я не занимаюсь вопросами бюджета, поэтому более подробно рассказать не могу.
Почти все лазеры охлаждаются водой. Обычно система двухконтурная: сам лазер охлаждается деионизированной водой по замкнутому контуру, а в источнике питания стоит теплообменник, через который мы пускаем просто водопроводную воду. Все шланги уложены аккуратно под полом, поэтому их не видно на фотографиях
Совершенно верно, от длительности накачки спектр излучения активной среды не зависит вообще никак.
Мы в лазере используем кристаллы титан-сапфира, и у них довольно широкий спектр. В нашей установке в начале он гауссовый с полушириной около 40 нм, если меня не подводит память.
Сам лазер может работать в двух режимах: непрерывном и импульсном. Первый режим нам совсем не интересен, а работа во втором достигается за счет метода пассивной синхронизации мод (passive mode-locking). Статья на Википедии про механизм, который используется почти во всех фемтосекундных лазерах, в том числе и в нашем, вот: en.wikipedia.org/wiki/Kerr-lens_modelocking
Наверное, стоит рассказать об этом подробнее попозже
Да, это, несомненно, так. Я напишу об этом как-нибудь в другой раз!
Тем не менее, в рамках этого поста я решил не упоминать релятивистских эффектов, поскольку качественно они не очень сильно меняют картину происходящего. Такое вот первое приближение.
Нет, имелся в виду именно жидкий гелий и именно -190С. Расскажу поподробнее про охлаждение.
Во-первых, температура это выбрана не случайно, именно при ней у кристалла титан-сапфира наибольшая теплопроводность, то есть мы эффективнее всего можем отводить тепло.
Теперь про тепло. Мы используем 8 — 10 Дж зеленой накачки, большая часть которых уходит в тепло. К сожалению, я не могу вспомнить точного набора причин, почему именно азот не подходит для этого. Мне кажется, что он не достаточно холодный. На этой неделе постараюсь уточнить и расскажу подробнее.
Если пытаться охладить наш кристалл жидким гелием до 4К, то, во-первых, гелия не напасешься, а во-вторых мы «выморозим» спектр усиления, что нам вот совсем не надо.
Обычно, если происходит что-то подобное, то это либо видно сразу, либо выясняется при повторении эксперимента. У нас была недавно похожая проблема, когда задержка сигнала триггера начала плыть. Мы было подумали на новое открытие, но потом все перепроверили еще раз и поняли, что это косяки электроники. Естественно, это возможно, только если эксперимент относительно несложно повторить
Чтобы знать наверняка, надо провести эксперимент или сделать численное моделирование, а пока могу только предположить следующее.
С задней стенки мишени можно ускорить лишь несколько «слоев» налипших туда протонов. Те, которые под ними, из-за эффекта экранирования не увидят ускоряющего поля, а значит, что толку от них нет. Концентрация атомов водорода на задней стенке достаточно хорошо известна, также известно, что там примерно три-пять монослоев воды и углеводородов. Слои глубже этого будут уже плохо ускоряться.
Соответственно, большого смысла помещать туда специально водород нет, разницы особой не будет, а сложности обращения с мишеняит добавит.
Отдельная история — применение гетероструктур в качестве мишений, но об этом в данный момент я больше рассказать не могу.
Сравнивать их не очень корректно. DLA ускоряет электроны, а TNSA — протоны и положительные ионы. DLA к протонам плохо применим, поскольку они тяжелые, а поле лазера слишком быстро меняется.
Активно управлять пучком вряд ли целесообразно по нескольким причинам.
Во-первых, практически вся «пропускающая» оптика горит на наших интенсивностях. Во-вторых, вся электроника, которая участвует в этом мероприятии должна быть вакуум-совместимой, иначе она либо сгорит, либо испортит нам вакуум и насосы.
Другими словами, с контрастом импульса можно и нужно бороться, но достигается это другими способами. В идеале, контраст должно быть можно контролировать.
Кстати, нечто подобное DLP мы используем. Это деформируемое зеркало в связке с фазочувствительной камерой. Эта пара устройств позволяет нам корректировать волновой фронт импульса и таким образом получать маленькое и круглое фокальное пятно.
Вот одна обзорная статья 2010 года: www.researchgate.net/publication/221907266_Laser-based_Particle_Acceleration
Из нее я, кстати, картинку резонансного поглощения свистнул.
Вот еще одна: arxiv.org/abs/1302.1775
Эта посвежее, но теория там более зубодробительная
Мы достоверно знаем, что измеряем только свойства пучка протонов (только они долетают до детектора), для этого нам достаточно упомянутой выше установки.
Естественно, мы тоже за чистоту эксперимента, но 20% усилий приносят 80% результата, как известно. Часто чистоты полученного результата хватает для выводов об исследуемом объекте. Если их не хватает, то эксперимент переделывается с некоторыми поправками, но это случается достаточно редко. Как бы странно это ни прозвучало, часто приходится полагаться на интуицию при прикидывании чистоты эксперимента.
Такой подход, естественно, прощается только с твердыми телами. Если работать с газами, то появляется куча заморочек совершенно иного порядка. Например, за соседней дверью от нашей товарищи занимаются генерацией аттосекундных импульсов и высоких гармоник. Им важна не только чистота газа, но и то, насколько пучок лазера дрейфует от выстрела к выстрелу, а это микрорадианы
Чтобы заменить фольгу на мыльную пленку (хотя мыльной пленки в вакууме не получится, вода еще на этапе откачки испарится), придется перебирать примерно половину всей установки, а это займет где-то месяц. Если решить стрелять по газу вместо фольги, то займет еще больше времени. Хорошо, что установка для газа у нас есть отдельно.
Ну и еще про зеркало, чтобы совсем окрасить все в серый цвет. Диаметр нашего пучка — 8 см, зеркало подходящего размера так быстро не крутануть.
К сожалению, без твердой или хотя бы жидкой мишени ионы не ускоряются в той конфигурации, которую используем мы. Да и для жидкостей придется перебирать всю систему, поэтому объективных причин для такой модернизации нет.
Пока наши исследования логично следуют одно из другого, и спектроскопию добавлять смысла нет на нынешнем этапе. Кроме этого, для спектроскопии лучше иметь непрерывный поток частиц, а у нас импульсы, притом без ярко выраженной частоты повторений, так называемый single-shot
Во-первых, нужен свободностоящий графен довольно большой площади. Сделать его, скорее всего, возможно, но вот транспортировать — никак.
Во-вторых, для такого нужен очень высокий контраст импульса, иначе пьедестал импульса все уничтожит до прихода основной его части.
В-третьих, графен может оказаться вообще слишком тонким, и выбитые электроны будут одинаково сильно тянуть и вперед, и назад.
Тем не менее, пока никто не проведет эксперимент и не разберется с происходящими процессами, сказать наверняка ничего не получится
Финансирует нас Knut Alice Wallenberg Foundation, проект называется PLIONA. Я не занимаюсь вопросами бюджета, поэтому более подробно рассказать не могу.
Мы в лазере используем кристаллы титан-сапфира, и у них довольно широкий спектр. В нашей установке в начале он гауссовый с полушириной около 40 нм, если меня не подводит память.
Сам лазер может работать в двух режимах: непрерывном и импульсном. Первый режим нам совсем не интересен, а работа во втором достигается за счет метода пассивной синхронизации мод (passive mode-locking). Статья на Википедии про механизм, который используется почти во всех фемтосекундных лазерах, в том числе и в нашем, вот: en.wikipedia.org/wiki/Kerr-lens_modelocking
Наверное, стоит рассказать об этом подробнее попозже
Тем не менее, в рамках этого поста я решил не упоминать релятивистских эффектов, поскольку качественно они не очень сильно меняют картину происходящего. Такое вот первое приближение.
Здесь оригинальная статья в Science: science.sciencemag.org/content/355/6326/715
Во-первых, температура это выбрана не случайно, именно при ней у кристалла титан-сапфира наибольшая теплопроводность, то есть мы эффективнее всего можем отводить тепло.
Теперь про тепло. Мы используем 8 — 10 Дж зеленой накачки, большая часть которых уходит в тепло. К сожалению, я не могу вспомнить точного набора причин, почему именно азот не подходит для этого. Мне кажется, что он не достаточно холодный. На этой неделе постараюсь уточнить и расскажу подробнее.
Если пытаться охладить наш кристалл жидким гелием до 4К, то, во-первых, гелия не напасешься, а во-вторых мы «выморозим» спектр усиления, что нам вот совсем не надо.
С задней стенки мишени можно ускорить лишь несколько «слоев» налипших туда протонов. Те, которые под ними, из-за эффекта экранирования не увидят ускоряющего поля, а значит, что толку от них нет. Концентрация атомов водорода на задней стенке достаточно хорошо известна, также известно, что там примерно три-пять монослоев воды и углеводородов. Слои глубже этого будут уже плохо ускоряться.
Соответственно, большого смысла помещать туда специально водород нет, разницы особой не будет, а сложности обращения с мишеняит добавит.
Отдельная история — применение гетероструктур в качестве мишений, но об этом в данный момент я больше рассказать не могу.
Софт в основном самописный под LabView или MatLab. В основном LabView, конечно
Софт в основном самописный под LabView или MatLab. В основном LabView, конечно
Здесь я выразился недостаточно ясно: ASE у нас порядка 11 нс, соответствует времени двойного обхода регенеративного усилителя.
500 пс взялось оттого что мы измеряем контраст основного импульса к пьедесталу во временах соответственно 0 и -500 пс.
Отсутствие предимпульсов мы регулярно проверяем, их у нас точно нет.
Сам пьедестал ионизирует переднюю сторону мишени перед прибытием основного импульса. Частично это описано вот тут: rsta.royalsocietypublishing.org/content/364/1840/711.short
Надеюсь, откроется