Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
В НИЯУ МИФИ придумали, как заставить электрон излучать в сто раз больше энергии
Ученые НИЯУ МИФИ предложили новый тип решетки, взаимодействуя с которой электрон будет излучать в сто раз больше энергии, чем обычно.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Physical Review B. Если электрон или волна распространяется в свободном пространстве, то их энергия может изменяться непрерывно. В таком случае говорят, что состояние (электрона или волны) принадлежит континууму. Если энергия меняется дискретно, например, энергия волны в резонаторе или энергия электрона в атоме, то говорят, что реализуется связанное состояние.
Обычно области значений энергии из континуума и дискретного спектра не пересекаются. Однако в 1929 году фон Нейман и Вигнер показали, что в квантовой механике можно выбрать форму потенциала так, чтобы энергия связанных состояний лежала в области непрерывного спектра. Другими словами, связанные состояния находятся внутри запрещенной для них зоны. Такие состояния назвали «связанными состояниями в континууме» (ССК).
Идеальные ССК не затухают, не могут излучать или поглощать какие-либо волны и, вообще говоря, не могут наблюдаться. Однако неидеальные ССК – квази-ССК – наблюдаться могут. Такие состояния могут реализоваться в квантовой механике, в фотонике и плазмонике, включая физику излучений заряженных частиц. Квази-ССК фактически представляют собой резонансы, которые можно представить себе как очень узкие и очень высокие пики, и в таком качестве находят применение в самых современных исследованиях в области фотоники и плазмоники.
Одно из проявлений ССК – значительное усиление интенсивности излучения быстрых электронов за счет резонансов в излучающей структуре. В 2018 году группа ученых из Америки и Израиля теоретически исследовали излучение, которое возникает при взаимодействии электронов с решетками. Ученые показали, что проявление квази-ССК может быть настолько значительным, что электроны сравнительно медленные – нерелятивистские – будут излучать сильнее, чем релятивистские электроны, то есть электроны с высокой энергией, двигающиеся со скоростью, близкой к скорости света. Это необычно, так как принято считать, что чем выше энергия электрона, тем больше он излучает.
Сотрудники лаборатории «Излучение заряженных частиц» ИНТЭЛ НИЯУ МИФИ предложили новый тип решетки, взаимодействуя с которой электрон будет излучать в сто раз больше энергии, чем обычно. «Каждый элемент решетки – димер, то есть пара частиц, размер которых много меньше длины волны, на которой наблюдается излучение. Эффект усиления достигается на определенных частотах за счет резонансного взаимодействия между частицами димера. Это и есть проявление квази-ССК.
Частицы находятся близко друг к другу и влияют на излучательную способность друг друга. Мы рассчитали характеристики возникающего излучения, а также определили оптимальное расстояние, на котором должны находиться частицы, чтобы наблюдался резонанс на примере конкретной реализуемой структуры», – рассказала ведущий научный сотрудник Дарья Сергеева. По ее словам, для медных сферических частиц это расстояние составило 518 мкм. При таких параметрах на компактном электронном ускорителе с энергией электронного пучка 5-20 МэВ (наподобие тех, что повсеместно используются сегодня в медицинских центрах), можно будет наблюдать усиление излучения почти в 100 раз.
«Если аккуратно оптимизировать параметры решетки, то коэффициент усиления излучения может быть и выше. Однако, здесь есть какая-то загадка: расчеты, проведенные совершенно разными группами и в рамках разных подходов (нами – еще в 2008 году, американцами – в 2018, китайцами – в 2022, снова нами – в 2023 на уже другом типе решетки и усиления), при попытке оценить величину усиления численно сводятся к двум порядкам – то есть примерно в сотню раз! А почему именно в сто, чем на практике выделена эта цифра? Пока это совпадение остается загадкой», – отметила Дарья Сергеева.
В отличие от выполненных иностранными учеными качественных оценок и компьютерного моделирования, разработанная исследователями НИЯУ МИФИ аналитическая теория позволяет провести более аккуратное исследование вопроса о возможном максимальном усилении, сообщила она.
«Дело в том, что у нас есть теперь формулы, детально описывающие эффект усиления. Мы планируем продолжить это исследование в будущем, и впервые реализовать данный эффект усиления нового типа экспериментально. Успех в этих исследованиях откроет новые возможности для разработки новейших источников электромагнитного излучения на основе искусственных материалов (метаматериалов), состоящих из отдельных микрорезонаторов и элементов микро- и наноплазмоники, включая объекты с существенно квантовыми свойствами», – подчеркнула исследователь.
Потенциальная область применения полученных результатов очень широка. Это конструирование источников электромагнитного микроволнового излучения, включая малоисследованный, но очень перспективный субмиллиметровый диапазон спектра; разработка станций невозмущающей диагностики релятивистских электронных пучков на новейших источниках излучения четвертого поколения (лазеры на свободных электронах, синхротроны, коллайдеры); субмиллиметровая интроскопия в промышленных и коммерческих технологиях; применение в области электроники (датчики на-чипе), в биологических и медицинских исследованиях.
Исследования выполнены в рамках программы «Приоритет-2030», подпроект «Терагерцовая фотоника на основе метаматериалов и наноплазмоники» в рамках проекта ИНТЭЛ «Радиофотоника и квантовая сенсорика». Говоря о возможном прикладном значении новой разработки, Дарья Сергеева отметила: «Мы говорим про то, что наша решетка позволит повысить энергию излучения. Чем выше энергия, тем глубже может проникнуть излучение в вещество. Поэтому повышать энергию необходимо, если с помощью этого излучения предполагается просвечивать для разных целей (в медицине, биологии, интроскопии и промышленности, системах безопасности) большие объекты или объекты, которые находятся далеко».
Telegram 
Дзен 
VK В Мурманской области не добывают золото: его месторождений здесь пока не нашли. Впрочем, сообщения о находках этого металла датируются еще XVIII веком. Геологам также известны в Кольском регионе рудопроявления золота — минеральные тела, содержащее драгоценный металл в ассоциации с другими минералами, характерными для промышленных руд, но в таком количестве, что при нынешнем развитии экономики и технологий добывать его нерентабельно. Чтобы обнаружить в Кольском Заполярье месторождения золота, необходимы новые исследования. Ученые Геологического института Кольского научного центра провели их и узнали о природе местных рудопроявлений.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета в составе научной группы выявили ген, который позволил арахису стать природным ГМО и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.
Американские биологи впервые провели анатомический анализ лицевых мышц койотов и обнаружили у этих хищников мышцы, которые позволяют домашним собакам строить «щенячий взгляд». Гипотетически этот признак возник при одомашнивании, но авторы новой научной работы опровергли эту версию. Вдобавок исследователи обнаружил мышцу-пучок, которая позволяет койотам щуриться.
Международная исследовательская группа смогла прорастить семя древнего дерева из рода коммифора (Commiphora), найденного в пещере Иудейской пустыни в 1980-х годах. Ученые предположили, что это растение упоминается в библейских текстах. История семени, пролежавшего в земле почти тысячу лет, не только впечатляет, но и открывает новые возможности для изучения древней флоры засушливого региона.
Натуральные, или счетные, числа обозначают количество чего-либо или порядковый номер предмета относительно других. Ноль, не относящийся к натуральным числам, кодирует пустоту, отсутствие каких бы то ни было предметов. Однако человеческий мозг реагирует на него как на очень маленькое число, обнаружили ученые из Германии.
Уголь – один из главных источников производимой электроэнергии во всем мире. В то время как запасов природного газа и нефти хватит на 40–60 лет, а уранового топлива – на 80–90, угля достаточно на тысячи лет. Но есть одна проблема: его использование наносит серьезный вред экологии. Это и выброс парниковых газов (CO2, СН4), а также SOx, NOx и твердых частиц при его сжигании, и загрязнение почвы и подземных вод в зоне складирования отходов. Однако белорусские ученые считают, что за этим видом топлива будущее, и знают, как сделать использование угля безопасным для природы.
Марс не всегда был холодным и сухим, как сейчас. Все больше фактов говорит о том, что миллиарды лет назад там текли водные потоки. А значит, была плотная атмосфера, создающая парниковый эффект и поддерживающая воду в жидком состоянии. Примерно 3,5 миллиарда лет назад вода исчезла, газовая оболочка существенно поредела. Почему? Ответ буквально лежит на поверхности, выяснили американские геологи.
Французские исследователи проанализировали тысячи спутниковых снимков поверхности Антарктиды и выяснили, что почти весь континент покрывают продольные дюны — такой рельеф часто встречается на спутнике Сатурна Титане. Ученые также узнали, какие ветры формируют антарктические дюны, и нашли противоречие, раскрывающее детали климата на континенте.
Инженеры из Белоруссии разработали альтернативный маршрут для более быстрой, безопасной и доступной перевозки грузов по сравнению с использованием Северного морского пути (СМП). Проект предусматривает организацию высокоскоростных грузопассажирских перевозок, в том числе транзитных, что станет альтернативой другим видам транспорта, в первую очередь авиации, за счет высокой скорости передвижения и уровня комфорта.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно