26656

بررسي عددي گسيل تابش گاما به وسيله الكترون هاي نوساني تشديدي در شتابدهنده هاي ليزر-پلاسمايي ميدان دنباله‌اي

كارشناسي ارشد

فيزيك پلاسما

1397

1400/08/30

دكتر اميرحسين احمدخان كردبچه - دكتر مهدي شايگان منش

فيزيك

استفاده از شتابدهنده‌هاي ذرات به دليل وسعت كاربرد آنها در زمينه‌هاي مختلف، توجه بسياري از جوامع علمي به ويژه جامعه علمي فيزيك را به خود جلب كرده است. در مقايسه با تجهيزات مرسوم در زيرساخت‌هاي شتابدهنده‌هاي عظيم ذرات، شتابدهنده‌هاي ليزر-پلاسمايي ميدان دنباله‌اي به دليل اندازه بسيار كوچك، فشرده و قابليت توليد انرژي بهينه و بالا در مقياس‌هاي كم، هدف مطالعه بسياري از متخصصين اين حوزه قرار گرفته‌اند. يكي از كاربردهاي اين شتابدهنده‌ها، استفاده از آنها به عنوان منبع توليد تابش اشعه گاما مي‌باشد كه كاربردهاي بسياري از جمله در چشمه‌هاي نور سنكروترون، راديوگرافي اجسام چگال، توليد راديوداروها، شناسايي راديوايزوتوپ‌ها و تصويربرداري هسته‌اي را دارا مي‌باشد. هدف ما در اين پروژه مطالعه و بررسي عددي توليد اشعه گاما در شتابدهنده‌هاي ليزر-پلاسمايي ميدان دنباله‌اي مي‌باشد. ساختار اصلي شتابدهنده داراي دو محفظه پلاسمايي به ترتيب با چگالي‌هاي پايين و بالا و همچنين يك منبع توليد اشعه ليزر مي‌باشد. در مرحله اول، الكترون‌ها در ميدان دنباله‌اي توليد شده توسط ليزر محصور مي‌شوند: با ورود اشعه پالس كوتاه ليزري به كانال پلاسمايي و در نتيجه برهمكنش اشعه ليزر با ذرات موجود در محفظه، اولين امواج ميدان دنباله‌اي پلاسمايي در امتداد حركت اشعه ليزر ايجاد مي‌شود. در مرحله دوم، الكترون‌هاي تزريق شده در كانال پلاسمايي توسط امواج ميدان دنباله‌اي توليد شده كه اين دنباله به شكل يك حباب پلاسمايي در آمده است، شتاب مي‌گيرند. نوسانات الكترون‌هاي محصور در اين حباب پلاسمايي با اعمال كنترل شده و منظم باريكه‌هاي پالس كوتاه ليزري به فركانس نوسانات ميدان ليزري نزديك مي‌شوند و در نتيجه تشديد نوساني و افزايش دامنه نوسانات را تجربه كرده و اشعه گاما توليد و ساطع مي‌كنند.

1401/03/28

Numerical Analysis of Gamma-Ray Radiation Emission by Resonant Wiggling Electrons in Laser-Wakefield Plasma-based Accelerators

11/21/2022 12:00:00 AM

The use of particle accelerators has attracted a solid amount of attention of many scientific communities, especially the physical science community, due to their wide application in various fields. Compared to conventional equipment in massive particle accelerator infrastructures, laser-plasma wakefield accelerators have been the subject of many studies by the experts in this field due to their very small size, compactness, and ability to generate high and optimal energy at small scales. One of the applications of these accelerators is their use as a source of gamma radiation, which has many applications, including in synchrotron light sources, dense object radiography, radiopharmaceutical production, radioisotope detection, and nuclear imaging. Our goal in this project is to study the numerical analysis of gamma ray generation in laser-plasma wakefield-based accelerators. The main structure of the accelerator has two plasma chambers with low and high densities, respectively, as well as a source of laser radiation. In the first stage, electrons are trapped in the laser-generated wakefield: as a short pulse laser beam enters the plasma channel, and as a result the interaction of the laser beam with the particles in the chamber, plasma wake appears to occur along the motion of the laser beam. In the second stage, electrons injected into the plasma channel are accelerated by the wakefield, which forms a plasma bubble. The oscillations of the electrons entangled in the plasma bubble reach the frequency of the oscillations of the laser field by controlled and regular usage of short pulsed laser beams, thus experiencing the resonance and increasing the amplitude of the oscillations which leads to the generation and emittance of gamma rays.

شتابدهنده ذرات , شتابدهنده ليزر پلاسمايي ميدان دنباله‌اي , برهمكنش ليزر پلاسما , ليزر پالس فوق كوتاه , تابش گاما

Particle accelerator , Laser-wakefield plasma-based accelerator , Laser Plasma Interaction , Ultrashort Pulsed Lasers , Gamma-ray Radiation

Navid Ghaemi

Dr. Amirhossein Ahmadkhan Kordbacheh, Dr. Mahdi Shayganmanesh