來自俄科學院西伯利亞分院網站的報道，該分院核物理所與慕尼黑路德維希馬克西米利安大學的聯合科研團隊研發出等離子體尾流加速過程中電子束形態三維仿真系統。根據該系統的仿真結果，注入到等離子艙的電子束在穿越等離子體邊界時大部分電子消失，從而導致被加速電子束的電荷急劇降低。相關成果發布在《Plasma Physics and Controlled Fusion》學術期刊上。

等離子體中電子尾流加速這種想法產生于上世紀70年代，其名稱也形象地來自于船尾掃過水面所形成的痕跡。最初采用電子束或強激光脈沖作為物理驅動器(類似于行船)，之后轉為能量為其幾千倍的質子束，由此歐洲核子研究中心于2013年啟動了AWEKE項目(Advanced proton-driven plasma WaKefield Acceleration Experiment)，其目的為試驗確認此種電子加速方法的可行性。試驗采用強子對撞機上的超級質子同步加速器(SPS)作為質子源，質子束以400GeV的能量被輸入到專門的等離子艙內，穿越等離子體并引發震蕩，即產生尾流，而尾流對以一定角度注入等離子體的低能電子進行加速。

物理試驗裝置往往體現為特定的黑箱，電子束尾流加速裝置更類似于裝滿等離子體的管子，只能在其出入口對電子束的形態進行觀察，其內部情況則無從得知。根據最初的評估，電子束中被加速電子的數量應能達到40%，然而一些參數下所獲得的結果是預期的三百分之一，即僅有0.1%的電子能夠到達等離子艙盡頭的檢測器。為此，聯合團隊構建了詳盡的三維實驗模型對電子束尾流加速進行仿真，考察眾多物理現象共同作用的結果，其中包括電子穿越等離子邊界所發生的散射現象。由于此項物理實驗仿真是包含若干階段的復雜過程，僅計算機模型的研發就花費了幾年時間，這其中研發特種軟件占用了絕大部分時間。除此之外，軟件應能適合于具體的實驗課題，并可用于超級計算機。所研發系統一次仿真的時間為28天，其結果可獲得120太字節的數據資料，可轉換為各種圖表和影像。

仿真是在高斯超級計算中心SuperMUC Phase 1超級計算機上進行的，AWAKE項目第一階段實驗工作已于近期完成，試驗確認了等離子體中電子尾流加速的可能性。理論上，注入等離子體的電子應能直接到達等離子體中心，“捕捉”到尾流并被加速，然而仿真結果表明，在穿越等離子體邊界時眾多電子會發生散射并消失。

考慮到等離子艙將進行改造，電子束狀態的仿真需要考慮到新型等離子艙的結構特點，所以AWAKE項目下一階段的實驗工作將在等離子艙改造后開始。

來源:科技部

圖片來源：找項目網