Создан компактный лазерный ускоритель для генерации мюонов

Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли представили компактный лазерно-плазменный ускоритель длиной всего 30 сантиметров, который может генерировать и обнаруживать направленные пучки мюонов.

Устройство использует интенсивные лазерные импульсы для ускорения электронных пучков, которые затем создают мюоны в значительно больших количествах и с лучшей направленностью. Это обеспечивает мощную альтернативу для неразрушающего контроля крупных или скрытых объектов.

Традиционные искусственные источники мюонов громоздки и дороги, что вынуждало многие системы визуализации полагаться на естественные космические лучи. Новый ускоритель преодолевает эти ограничения, значительно увеличивая выход мюонов и сокращая время экспозиции с месяцев до минут.

В отличие от рентгеновских лучей, которые легко поглощаются, мюоны постепенно теряют энергию, что позволяет им проникать через крупные структуры из сотен метров горной породы или плотных материалов, таких как свинец и сталь. Благодаря этой исключительной проникающей способности мюонная томография уже использовалась для обнаружения скрытых камер в Великой пирамиде Гизы, исследования внутренностей вулканов и контроля ядерных отходов.

В эксперименте исследователи использовали лазер для ускорения электронов до чрезвычайно высоких энергий в 30-сантиметровом плазменном канале. Эти высокоэнергетические электроны затем сталкивались с мишенью из свинца, где они испускали фотоны, которые при взаимодействии с ядрами мишени производили пары мюон-антимюон.

Полученные мюоны формировали высоконаправленный коллимированный пучок вдоль исходного пути электронов. Система обеспечивала более 20 мюонов за выстрел в пределах апертуры визуализации, что более чем в 40 раз превышает поток мюонов от космических лучей для горизонтальной визуализации.

Этот эксперимент устанавливает лазерно-плазменные ускорители как практические источники мюонов, открывая путь для будущих приложений, построенных вокруг высокоэнергетических пучков и детекторов, оптимизированных для реконструкции мюонных изображений.