Új korszak a részecskegyorsításban – a Pécsi Tudományegyetem részvétele a TWAC-projektben
Hogyan indult a projekt, és milyen szerepet tölt be benne a PTE?
„Az elmúlt évtizedekben a terahertzes (THz) impulzusok előállításának területén végzett kutatásainkat világszinten meghatározó jelentőségűnek ismerték el. Korábbi projektjeink során tapasztalatokat szereztünk a kifejezetten nagy energiájú THz-es impulzusok előállítása, illetve az ezeken alapuló részecskegyorsítás terén. Ennek köszönhetően bennünket kerestek meg a TWAC-projekt vezetői, hogy csatlakozzunk a kezdeményezéshez” – mondta Hebling János.
A projekt célja: kompakt részecskegyorsító a jövő szolgálatában
A TWAC-projekt célja egy olyan kompakt, kis helyigényű részecskegyorsító megvalósítása, amely képes nagy (akár 1 MV/cm) gyorsítási gradiens elérésére, és ultrarövid, nagy energiájú elektroncsomagok előállítására. Ezek a tulajdonságok különleges jelentőséget biztosítanak az ultragyors tudományos kísérletek és alkalmazások terén.
Ahogy az 1. ábra is mutatja, a vetélytársakkal szemben sokkal rövidebb gyorsítási szakaszon érhető el ugyanaz a nagyságrendű csúcsáramerősség.
1. ábraA gyorsító működési mechanizmusa: az elektronok mint a THz-es impulzusok hullámlovasai
A részecskegyorsításért felelős THz-es impulzusok forrását egy nagy (≈1 joule) energiájú lézerrendszer pumpálja. A THz-es impulzusokat egy dielektrikummal bélelt fémcső hullámvezetőbe (ZITA) csatolják, ahol a kialakuló longitudinális elektromos térkomponens végzi a gyorsítást. „Kulcsfontosságú, hogy a hullámvezetőben terjedő impulzus csoportsebessége minél jobban igazodjon az elektronok sebességéhez, mert csak így biztosítható a hatékony gyorsítás” – hangsúlyozta Hebling János.
A ZITA hullámvezetőben többciklusú THz-es impulzusok gyorsítják és időben összenyomják az elektroncsomagot (2. ábra).
2. ábraA PTE kiemelt feladatai a projektben
A Pécsi Tudományegyetem Nagyintenzitású Terahertzes Kutatócsoportja a THz-forrás teljes tervezéséért és kivitelezéséért felel. A projekt kulcselemei közé tartozik a valaha előállított legnagyobb terahertzes impulzusenergia elérése, valamint a radiálisan poláros THz-es nyaláb megvalósítása. A technológiai kihívások részét képezi a THz-es nyaláb hatékony becsatolása a hullámvezetőbe, amely elengedhetetlen a nagy gyorsítási gradiens eléréséhez. Ez, ahogy a 3. ábra mutatja, egy kúp alakú antennával történik.
3. ábraJövőbeli alkalmazások: ultragyors tudományos és ipari lehetőségek
A TWAC-projekt keretében fejlesztett kompakt részecskegyorsító rendkívül széles körű alkalmazásokra nyújthat lehetőséget. Ezek közé tartozik az ultragyors folyamatok vizsgálata, a nagy energiájú elektronokkal történő röntgenforrások létrehozása, valamint az élettudományi és gyógyszeripari alkalmazások, mint például a sugárkezelés forradalmasítása. Megfelelő energiájú ultragyors elektronokkal ugyanis a sugárterápia nemcsak a fotonoknál, hanem a tipikusan e célra használt protonnyalábnál is jóval célzottabban lehetséges.
Záró gondolatok
A Pécsi Tudományegyetem részvétele a TWAC-projektben nemcsak a magyarországi tudományos kiválóságot emeli ki, hanem hozzájárul a globális kutatási infrastruktúra fejlesztéséhez is. Az előttünk álló lehetőségek és kihívások alapján látható, hogy a projekt hosszú távú eredményei alapvetően befolyásolhatják majd a tudományos és ipari innovációk jövőjét.•
Címlapkép: PTE
