Laser - ein Teilchenbeschleuniger

on 01 January 2013.

Es gibt einige Effekte in der Physik, deren Analyse von großem Interesse ist. Verständnis der Prozesse im Mikrokosmos, vielleicht wird im Makrokosmos die Bedingungen für die Umsetzung der paradoxe Phänomene.

 Nach Ansicht des Autors die Frage, wie die Absorption oder Emission von Energie geladenen Teilchens bezieht sich auf interessante Themen. Ist es möglich, neue Systeme Beschleuniger - formuliert und vorgeschlagen werden Thema.

In der Emission oder Absorption von Energie, wie wir wissen, springt das Elektron im Atom zu einem anderen Energie-Ebene.

 Emitting Atoms Dynamik in die entgegengesetzte quantum fly away gewinnen, auszuprobieren. An dieser Stelle die Polarisation des Atoms gebunden ist geschehen, also eine Verformung der Schale, in der es eine räumliche Trennung von Ladungen (core - Shell) sein wird. Electron Transfer zu einem anderen Orbit, begleitet von der Emission oder Absorption eines Photons, verzerrt das Atom den Umschlag und erstellen einen elektrischen Dipol. Anzahl der Übergänge von der oberen zur unteren Bahn, und umgekehrt in einem System mit einer Vielzahl von Atomen, um etwa die gleiche sein. Darüber hinaus werden alle Richtungen äquivalent sind, so dass der Nettoeffekt im emittierenden Material zufällig ist Null.

 Registrieren Effekt kann nur in Systemen, die durch die Strahlung erzeugt werden Richtung verwendet werden. Der einfachste Weg, Lasern. Die Offenbarung dieser Effekt dürfte im Ursprung des elektrischen Potentials an den Enden des Laserkristalls liegen.

 Die Menge dieser Dipole in dem Material zu dem Zeitpunkt der Laserlinie in der gleichen allgemeinen Richtung und erzeugen ein elektrisches Feld. Dieses Feld kann auf dem Enden-Spiegels crystal registriert werden. Wenn man die Schaltung außerhalb des Chips, füllen bei der die Impulsstrom fließt, nach dem Impuls, offensichtlich, muß der Strom in der entgegengesetzten Richtung.
Allerdings läuft der Strahl mehrfach zwischen den Spiegeln, die durch stimulierte Emission verstärkt. Man würde daher erwarten, dass die Spannung ändert sich mehrfach anmelden, aber der letzte Pass des Strahls wird der stärkste Impuls verursachen. Laser kann somit als Generator von elektrischer Energie mit einer Frequenz proportional der Geschwindigkeit des Lichts in dem Kristall verwendet werden, und umgekehrt proportional zur Länge des Kristalls.
Gezwungen Polarisation des Kristalls oder des Arbeitsmediums der Laserstrahlung auf die Wechselspannung mit einer Periode gleich der doppelten Laufzeit des Lichts zwischen den Enden des Kristalls, sollte die Effizienz des Lasers verbessern.
Gezwungen werden Polarisation konstante Spannung. Dann werden die angeregten Atome oder Moleküle sind im Voraus so ausgerichtet, dass es durch die Asymmetrie der Strahlung organisiert ist.
Und es wird ein weiterer Effekt der Polarisation überlagert sein. Zum Zeitpunkt des Impulses kann der photoelektrischen Effekts des Zweiwege-Spiegel aus Elektronen gezogen werden daher die Spiegel ist positiv geladen.

Es ist bekannt, dass, indem ein Strahl von Elektronen durch ein beliebiges Gas, mit zunehmender Energie des Strahls kann festen periodischen Abnahme des Stroms sein. (Erfahrung, zum Beispiel Frank und Hertz). Dies geschieht, weil die Elektronen bei bestimmten Energien Erfahrung mit Gasatome, inelastische Stöße, ihnen etwas (gut für ein gegebenes Gas definiert) Energie. Und sie natürlich verlieren und Ihre Geschwindigkeit. Für Quecksilberdampf beispielsweise die Schwellenergie bei der das erste unelastische Kollision 4,9 eV.
Aber es ist der umgekehrte Prozess!
Fliegen hinter dem angeregten Atom, kann das Elektron gewinnen einen zusätzlichen Impuls, um Energie aus dem Atom zu entfernen.
Genau wie in einem Laser, beim Vorbeiflug des angeregten Atoms quantum zwingt ihn, die gleichen Quantenzustand abzulehnen. Es kann daher die Beschleunigung der Elektronen, die Verbesserung seiner Energie. Die Voraussetzung dafür: das Medium, das die angeregten Atome. Dies bedeutet, dass Änderungen und die Größe und Richtung des Impulses des Elektrons (vozrastet!).
Mittwoch, offensichtlich sein sollte polarisiert und Gleichgewicht, dann wird das Elektron den Schwung bekommen, Schießen Erregung mit dem Atom in nur einer Richtung. Erstellen Sie ein Medium, in einer langen Zeit im angeregten Zustand ist möglich - Erfahrung Laser kann es tun. Der Autor behauptet, daß eine solche Umgebung kann zum Zeitpunkt der Strahlung (oder Energieabgabe) polarisiert.
Es bleibt ein paar Striche zu machen.
Strahl von Elektronen durch jedes Medium passieren und verlieren, wenn möglich, Zusammenstöße kostbare Energie ist gering hochwertige Lösung. Elektronen haben, in einem Vakuum zu fliegen. Aber in einem Vakuum nicht Atome angeregt!
Aber auch hier eine wichtige Frage. Was sollte der Abstand zu dem angeregten Atom, nahm das Elektron selbstbewusst seine Energie? Ist es nur im direkten Kollision mit der Elektronenhülle? Nach Ansicht des Autors, überhaupt nicht. Electron schafft seine eigenen Bereich, der sich um relativ große Distanzen. Dieses Feld wirkt mit dem angeregten Atom kann daher erwartet, dass die Fläche der Austausch von Energie oft die Größe des Atoms (tausendmal!) Ist.
Wir können nun skizzieren die Regelung Teilchenbeschleuniger.
In der Kristall, der Laser, wie Rubin, gebohrt (erstellt, Brennen) Loch kleinstmöglichen Durchmesser. Kristall mit einer Pumplampe in der Elektronenkanone angeordnet ist, wird der Elektronenstrahl genau in das Loch unter Verwendung magnetischer oder elektrischer Linsen fokussiert. Somit läuft der Strahl von Elektronen durch den Kristall.
Was wird bei der die Blitzlampe Pumpen geschehen?
Wie bekannt ist, ist der Laser sehr niedrigen Wirkungsgrad - ein sehr großer Teil der Energie geht nicht durch die Enden, und in allen Richtungen nach dem Zufallsprinzip.
Die Lichtgeschwindigkeit in einem Kristall kann viel kleiner sein als die Geschwindigkeit der Elektronen in einem Vakuum. Dies bedeutet, dass keine Photonen die wichtigsten Initiatoren der Strahlung und Elektronen sind. Sie können eine sehr viel höher ist als die Geschwindigkeit von Licht in einem Medium des Lasers.
Zum Zeitpunkt der Blitzlampe Pumpen Elektronen bereits in dem Kristall. Folglich stellen der Strahl über die gesamte Länge des Kristalls gleichzeitig die Einleitung von Strahlung (Energieabgabe).
Wer ist vertraut mit dem Cerenkov-Effekt, erinnern ein Diagramm zur Erläuterung der Strahlung relativistischer Teilchen in der Materie. Atome oder Moleküle sind polarisiert durch den Durchgang der geladenen Teilchen um sie herum, aber die Polarisation des asymmetrischen aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Teilchen, so asymmetrisch und Strahlung - es erstreckt sich nach vorne in Richtung auf den Partikeln in einem Kegel öffnungswinkel ist durch das Verhältnis der Geschwindigkeit von Licht in Materie und Teilchengeschwindigkeit ermittelt wird. Zusätzlich wird die Strahlung durch die Elektronen (oder anderen geladenen Teilchen relativistischen) aufgrund ihrer Energie erzeugt.

Folglich kann in einem angeregten Kristalls eines solchen Verfahrens zu erwarten. In der Kristall durch die Bewegung eines relativistischen Teilchenstrahl erfolgt gleichzeitig entlang der gesamten Länge des Kristalls Energiefreisetzung durch angeregte Atome. Mit dem Durchgang des Strahls im Boden Kristalls polarisiert ist Atomen des Materials, gefolgt durch Strahlung, und dies war ein hemmender Faktor. Wenn man die Energie der angeregten Atome, die durch den Durchgang des Strahls induziert zurückzusetzen, sind die Atome polarisierten auch, aber in entgegengesetzter Richtung, und es wird beschleunigenden Faktor für den Durchtritt der geladenen Teilchen. Man würde daher erwarten, dass die Energie des Strahls Elektronen nicht nur nicht fallen, sondern steigen!

Restliches nicht erfasst der Laserstrahl wird nicht ausgefahren, in der Form eines dünnen Strahls, und in der Form eines Kegels, der schlecht sein würde, wenn man den Kristall als Strahlungsquelle verwendet wurden. Aber in diesem Schema ist es als Teilchenbeschleuniger verwendet. Daher wird der Verlust nicht scheinen signifikant. Erforderlich, um sicherzustellen, dass der Großteil der Energie der angeregten Atome beschleunigten Teilchen gegeben wurde und nicht in Form von Strahlung gelassen.
Arbeit dieser Beschleuniger Kristalle können auftreten (vermutlich) nur in einem gepulsten Modus: Pumpmodus - Modus entfernen die Energie der angeregten Atome.
Sehr interessant ist die Analyse dieser Frage: Wie wird die Geschwindigkeit des Lichts in einem Kristall Laserleistung Sendestrahl der Partikel beeinflussen? Und was ist besser: ein kurzer Impuls oder Strahl von Teilchen in den Kristall aufgeregt?
Nach Ansicht des Autors ist die Dynamik vorzuziehen. Einer flog über die gesamte Länge des angeregten Kristalls Dynamik konsequent zu schießen Energie aus Atomen, und die Führer des Strahls wird dies in erster Linie zu tun, so dass sie nicht verlangsamen, "trainieren", sondern wird sich beschleunigen "Nachhut". Hinsichtlich der Geschwindigkeit von Licht in einem Kristall müssen selbstverständlich davon aus, dass je kleiner sie ist, desto effektiver ist die Entfernung der Energie, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für dieses Ereignis.
Anregungsenergie kann eine sehr kleine Menge (ca. 1 eV) sein, und es scheint, macht keinen Sinn mit solchen Mengen versuchen, Rekord-energiereichen Teilchen zu erreichen. Wenn der Durchmesser eines Atoms in der Größenordnung von 10-8 cm Kristall Länge von 10 cm werden 109 passen, und die Entfernung zwischen den Atomen und dem Umstand, dass die angeregten Atome darstellen können nur die Verunreinigungen zu den Basismaterial-108-Atomen. Mit einem Durchmesser von 0,1 cm Löcher um den Umfang etwa 106 (wiederum ist bei dem Abstand der Fremdatome und der Art der Emitter) passen. Folglich wird für alle Kanäle einatomigen Schicht von etwa 1014 Atome sein. Wenn wir annehmen, dass alle Atome nur in dieser Schicht benachbart zu den Strahlachsen Teilchen geben ihre Energie, so erhält man 1014 eV. Da der Teilchenstrahl von einer Vielzahl von Teilchen, sagen wir, 108 besteht, wird der Effekt auf das Teilchen 106 eV.
Einige Bemerkungen über die Schätzung.
Zunächst wird, wie von den Autoren erwähnt, kann nicht sein, dass Aufregung nur in einer einatomigen Schicht gedreht. Dies würde bedeuten, dass ein-Atom Schicht vollständig Schilde die Aktion fliegen kostenlos. Dadurch wird nicht beobachtet wird, dringt das Feld der Teilchen zu einer beträchtlichen Tiefe. Daher kann man sagen, dass die aktive Schicht von Energie Tausende Male größer ist als ein Atom, idealerweise ist die Querabmessung des Kristalls. Dies ist um viele Größenordnungen erhöht vermietet Energie. Auf der anderen Seite ist es logisch anzunehmen, dass die Wellenlänge des Lichts wird die reaktive Schicht, und ein paar tausend Angström bestimmen. Daher sind die Erwartungen gerechtfertigt, dass die tatsächliche Anzahl der Atome in der Reaktion involviert sein wird, mindestens 6-7 Größenordnungen größer ist als die Anzahl in einer einatomigen Schicht (ihre Zahl wird mit dem Quadrat des Radius der Faser zu erhöhen). Dann wird die voraussichtliche Energienachfrage wird 1012 sein ... 1013eV, die ganz anständig ist.
Zweitens können Sie erhöhen die Länge des Kanals in dem Laser ist.
Drittens kann die Energie abnehmbar sein und etwa 10 eV Atom je nach Arbeitsmedium des Lasers.
Viertens für dieses Design macht die Einfachheit von denen es die teuerste bestehenden Beschleunigern (z. B. Energie), und das ist gut.
In Laser mit kontinuierlicher Welle (Gas, zum Beispiel), um die Teilchen zu beschleunigen, um evakuiert Kanal für den Durchgang von Partikeln entlang der Länge des abstrahlenden Fläche anzuordnen. Kanal, offensichtlich, sollte aus einem sehr dünnen Dielektrikum (Glas, zum Beispiel), so dass die Partikel mit angeregten Atome durch ihre Felder zu interagieren.
Bekannte Wellenleiter linearen Teilchenbeschleuniger, sie durch J. Fry wurden 1947 einfach erfunden, stellen sie eine leitende Rohr, in dessen Inneren eine elektromagnetische Welle gilt. Unter manchen Bedingungen ausbreitenden die Wellenfront in dem Wellenleiter mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Auf dem Kamm dieser Welle und Teilchen beschleunigt werden.
Was macht der Autor? Dasselbe Wellenleiter Wandlers, innerhalb dem die Partikel beschleunigt. Hochfrequenten elektromagnetischen Wellen, daher der Energiequantum in der vorgeschlagenen Regelung durch mehrere Größenordnungen größer als der des Fry zurückgezogen. All-dass die Unterschiede! Natürlich, wenn Zeit waren Laser, würden sie bestimmt, um sie in dem gleichen Schema anzuwenden. Aber da sie es nicht waren, dann muss es um uns geschehen.
Die wichtigste Frage der industrialisierten Länder - ist die Frage der Energie. Unterdessen immer fast alle Energieressourcen teurer pro Jahr. Die wichtigsten Energiequellen heute noch Kohle, Öl, Gas.
Nuclear Energy drückt Energie Alptraum Hunger, aber nicht beseitigt all seinen Erscheinungsformen. Fusion Energie, so scheint es, ist am Anfang der Reise, nicht die letzte Stufe. Erwarten, dass es eine bedeutende Hilfe in naher Zukunft jedoch.
Aber warum sollte auf billigere Designs konzentrieren Beschleuniger zu vereinfachen einige technische Lösungen, neue Hypothesen und Vorschläge in diese Richtung. Irgendwo da draußen ist irgendwo versteckte Lösung, durch Energie Wohlstand gefolgt. Und wir müssen herausfinden, für heute und morgen durch die Auseinandersetzung andere Krisen, Kriege, Gewalt.