20:41 2022-01-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ „Armura atomică” pentru acceleratoare permite descoperiri
_ „Armura atomică” pentru acceleratoare permite descoperiri
Acoperirile de protecție sunt comune pentru multe lucruri din viața de zi cu zi care sunt foarte utilizate. Acoperim podele din lemn cu finisaj; aplicați teflon pe vopseaua mașinilor; chiar folosiți acoperiri de diamant pe dispozitivele medicale. Acoperirile de protecție sunt, de asemenea, esențiale în multe aplicații industriale și de cercetare solicitante.
Acum, cercetătorii de la Laboratorul Național Los Alamos au dezvoltat și testat o acoperire subțire din punct de vedere atomic de grafen pentru echipamentele de accelerare a fasciculului de electroni de ultimă generație - poate cea mai provocatoare aplicație tehnică a tehnologiei, al cărei succes demonstrează potențialul „Armura atomică” într-o gamă largă de aplicații.
„Acceleratoarele sunt instrumente importante pentru abordarea unora dintre marile provocări cu care se confruntă umanitatea, „, a spus Hisato Yamaguchi, membru al grupului Sigma-2 din Laborator. „Aceste provocări includ căutarea energiei durabile, extinderea continuă a puterii de calcul, detectarea și atenuarea agenților patogeni și studiul structurii și dinamicii elementelor de bază ale vieții. Și toate aceste provocări necesită capacitatea de a accesa, observa și controla materia. pe scara de timp de frontieră a mișcării electronice și scara spațială a legăturilor atomice.”
Provocarea fotocatozilor
Acceleratorii actuali cu fascicul de electroni folosesc în general emisia termoionică - încălzirea materialului pentru a elibera electroni. Următoarea generație de acceleratoare va genera surse de electroni din fotoni, folosind fotocatozi - materiale care pot converti fotonii în electroni liberi și, prin urmare, în fascicule de electroni. Natura acestui proces produce gaze corozive care adaugă o uzură semnificativă a fotocatozilor, întrerupând cercetările pentru service și adăugând timp și costuri pentru proiecte.
„Acceleratoarele viitorului necesită fascicule de electroni din ce în ce mai performante, ", a spus Yamaguchi. „Dar aceste cerințe de performanță depășesc cu mult capacitățile surselor de electroni de ultimă generație.”
Pentru ca fotocatozii să funcționeze în acceleratoarele de generație următoare, era nevoie de un strat de protecție adecvat. Acest lucru se datorează faptului că reacția fotonilor care lovesc fotocatozii pentru a emite electroni produce, de asemenea, gaz corosiv care poate degrada rapid fotocatozii bialcalini cu peliculă subțire, formați din antimoniu, potasiu și cesiu.
Cesiul este materialul ideal pentru acceleratori, deoarece are o funcție de lucru scăzută. Funcția de lucru este cantitatea de energie necesară pentru a elimina un electron din material și a-l plasa în vid, o etapă necesară în producerea fasciculului de electroni. Această funcție de lucru scăzută are un cost, totuși, sub forma unor daune crescute din reacțiile chimice și sensibilitatea la retrobombardamentul ionic. Durata de viață a fotocatodului cu peliculă subțire este limitată chiar și în stări de vid ultraînalt.
Grafenul oferă rezultate promițătoare
Cercetătorii au căutat un material care ar putea proteja fotocatodul, permițând totodată emisia de electroni. Și-au găsit răspunsul în grafen.
„Din câte știu eu, nu există niciun alt material care să poată transmite electroni și, în același timp, să protejeze materialul”, a spus Yamaguchi. „Un material foarte poros va permite electronilor să transmită, dar apoi nu puteți proteja materialul de gazul corosiv. Unicitatea grafenului este că este suficient de subțire din punct de vedere atomic pentru a transmite electroni, dar structura atomică este, de asemenea, suficient de compactă, astfel încât să nu gazul corosiv îl poate pătrunde”.
Acoperirea fotocatozilor bialcalini a reprezentat o provocare tehnică ambițioasă. Distribuit pe fotocatod într-un strat gros de doar un atom, grafenul posedă o impermeabilitate ridicată la gaz, care protejează fotocatodul de deteriorarea gazelor create de conversia foton în electron liber. În același timp, eficiența cuantică ridicată a grafenului (măsura cât de bine un material convertește fotonii în electroni) înseamnă că electronii pot trece în continuare prin acoperire - esențial pentru crearea și accelerarea fasciculului de electroni pentru cercetare. Cercetătorii au descoperit că eficiența de transmisie a fotoelectronilor a fost de 5%, ceea ce, în teorie, are loc să se îmbunătățească cu până la aproximativ 50%, o rată promițătoare care indică faptul că materialul este protejat, permițând totuși producerea unui fascicul de electroni.
„Aceste rezultate demonstrează un progres important către fotocatozii bialcalini complet încapsulați, având atât QE ridicate, cât și durate de viață lungi, folosind straturi de protecție subțiri atomic”, a spus Yamaguchi.
Acoperirea fotocatodă se bazează pe tehnologia „Atomic Armor”, care a fost selectat pentru R&D 100 în 2019. Cercetările anterioare cu tehnologia grafenului au explorat utilitatea acesteia ca barieră împotriva coroziunii, potențial aplicată la mașini, nave, avioane și alte bunuri.
Comentarii:
Adauga Comentariu