Медь — новый золотой стандарт для ускорителей электронов
Ускорители электронов — удивительные машины, которые могут создавать мощные лучи света, проникать в тайны атомов и молекул, помогать в изобретении новых материалов и лекарств и многое другое. Но как эти машины работают? Откуда берутся электроны, которые ускоряются до огромных скоростей? Для этого нужны специальные устройства, называемые фотоинжекторами. Они состоят из двух основных частей: лазера и фотокатода. Лазер излучает короткие импульсы света, которые попадают на фотокатод — материал, который может высвобождать электроны под действием света. Эти электроны затем собираются и направляются в ускоритель.
Но не все фотокатоды одинаково хороши. Чтобы получить качественный электронный пучок, нужно, чтобы фотокатод обладал высокой квантовой эффективностью — то есть выдавал много электронов на каждый падающий фотон. Кроме того, требуется, чтобы фотокатод имел низкий темновой ток (не выдавал лишних электронов без освещения). И еще важно, чтобы фотокатод был стабильным и долговечным — то есть не разрушался и не менял своих свойств со временем.
Существует много разных видов фотокатодов, но одним из самых распространенных является медь. Медь — хороший проводник, который легко реагирует на свет. Но у нее есть и недостатки. Квантовая эффективность меди весьма низкая — всего 0,01% для зеленого света. Это значит, что для получения достаточного числа электронов нужно использовать очень мощный лазер, что делает систему дорогой и сложной.
Как повысить квантовую эффективность меди? На этот вопрос нашли ответ ученые из Алтайского государственного технического университета вместе с коллегами из Института ядерной физики СО РАН. Они придумали новый способ модификации поверхности медных фотокатодов с помощью нанесения порошка из медных дендритов — это такие разветвленные кристаллы. Благодаря этому поверхность меди становится шероховатой и пористой, как у оксидных катодов. Это приводит к тому, что электроны легче выходят с поверхности и квантовая эффективность повышается.
Новые медные фотокатоды были протестированы на специальном стенде в Институте ядерной физики СО РАН. Там было показано, что они имеют квантовую эффективность до 0,1% для зеленого света и до 0,5% для ультрафиолетового света. Это в 10-50 раз выше, чем у обычных медных фотокатодов. Кроме того, новые фотокатоды имеют низкий темновой ток (порядка 10 нА) и хорошую стабильность в течение нескольких месяцев.
Новые медные фотокатоды с повышенной квантовой эффективностью будут использоваться в электронных фотопушках, которые в настоящее время создаются в Институте ядерной физики СО РАН для новых ускорительных комплексов. Эти комплексы предназначены для генерации синхротронного и свободноэлектронного лазерного излучения, а также для проведения различных экспериментов в области ядерной и плазменной физики, материаловедения, биологии и медицины. Новые фотокатоды позволят получать более качественные электронные пучки с меньшими затратами энергии и ресурсов.
Благодаря новой технологии модификации поверхности медь становится более эффективным материалом для фотокатодов, которые играют важную роль в современной науке и технике.
Но не все фотокатоды одинаково хороши. Чтобы получить качественный электронный пучок, нужно, чтобы фотокатод обладал высокой квантовой эффективностью — то есть выдавал много электронов на каждый падающий фотон. Кроме того, требуется, чтобы фотокатод имел низкий темновой ток (не выдавал лишних электронов без освещения). И еще важно, чтобы фотокатод был стабильным и долговечным — то есть не разрушался и не менял своих свойств со временем.
Существует много разных видов фотокатодов, но одним из самых распространенных является медь. Медь — хороший проводник, который легко реагирует на свет. Но у нее есть и недостатки. Квантовая эффективность меди весьма низкая — всего 0,01% для зеленого света. Это значит, что для получения достаточного числа электронов нужно использовать очень мощный лазер, что делает систему дорогой и сложной.
Как повысить квантовую эффективность меди? На этот вопрос нашли ответ ученые из Алтайского государственного технического университета вместе с коллегами из Института ядерной физики СО РАН. Они придумали новый способ модификации поверхности медных фотокатодов с помощью нанесения порошка из медных дендритов — это такие разветвленные кристаллы. Благодаря этому поверхность меди становится шероховатой и пористой, как у оксидных катодов. Это приводит к тому, что электроны легче выходят с поверхности и квантовая эффективность повышается.
Новые медные фотокатоды были протестированы на специальном стенде в Институте ядерной физики СО РАН. Там было показано, что они имеют квантовую эффективность до 0,1% для зеленого света и до 0,5% для ультрафиолетового света. Это в 10-50 раз выше, чем у обычных медных фотокатодов. Кроме того, новые фотокатоды имеют низкий темновой ток (порядка 10 нА) и хорошую стабильность в течение нескольких месяцев.
Новые медные фотокатоды с повышенной квантовой эффективностью будут использоваться в электронных фотопушках, которые в настоящее время создаются в Институте ядерной физики СО РАН для новых ускорительных комплексов. Эти комплексы предназначены для генерации синхротронного и свободноэлектронного лазерного излучения, а также для проведения различных экспериментов в области ядерной и плазменной физики, материаловедения, биологии и медицины. Новые фотокатоды позволят получать более качественные электронные пучки с меньшими затратами энергии и ресурсов.
Благодаря новой технологии модификации поверхности медь становится более эффективным материалом для фотокатодов, которые играют важную роль в современной науке и технике.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Медный парадокс: почему электричество никогда не придет в каждый дом
Эксперты считают, что развитие цивилизации уперлось в мощный геологический барьер. Кто виноват и как выходить из этой ситуации?...
Новое исследование: Христофор Колумб — вообще не тот, кем его считали историки
Ученые даже назвали подлинное имя великого мореплавателя...
Еще одна тайна Аркаима разгадана: ученые объяснили, почему древний город построен именно на этом месте
Оказалось, что наши далекие предки очень умело использовали природную инфраструктуру и обладали инженерными знаниями...
Что за звуки сводили с ума смотрителей маяков: тайна разгадана учеными
Эксперты из Института поиска внеземного разума говорят: новое открытие в буквальном смысле открыло им глаза и уши...
4600-летний секрет «неубиваемости» Великой пирамиды раскрыт: все дело в специальных камерах
Древние инженеры опередили время на тысячелетия. Строение находится на своей частоте и гасит внешние вибрации...
Трехметровые осетры и тайна древнего русского города: историки раскрыли, как появилась Старая Ладога
Ответы на многие вопросы дали… 67 000 костей. Иногда, чтобы распутать исторический детектив, надо заглядывать не в хроники, а в мусорные кучи...
60 млрд Солнц в одной точке: что скрывает самая тяжелая пара черных дыр?
Секрет абсолютной пустоты, похоже, разгадан. Там нет вообще ничего: Ни пыли, ни газа, ни звезд...
В тени российского орла: сколько раз Петербург спасал Вашингтон от полной гибели?
Когда-то американцы клялись, что США будет дружить с Россией, покуда светят звезды. А сейчас делают вид, что не помнят...
Назад в будущее: почему Швеция запрещает смартфоны в школах и возвращается к бумажным учебникам?
По словам экспертов, отмена цифровизации сейчас происходит во многих странах. Неужели человечество одумалось и начинает выздоравливать?...
Мы все «марсиане»: ученые доказали, что жизнь с Красной планеты могла долететь за несколько лет
Компьютерное моделирование подтвердило: бактерии способны пережить Великий перенос с Марса на Землю. И этот процесс может идти прямо сейчас...
«Печать Евы»: почему у этих женщин рождаются только девочки
Оказалось, что старые теории вообще не работают. Но есть две мутации, которые могут усилить друг друга...
Снова утечка воздуха в российском секторе МКС: чем это грозит нашим и всей станции?
По словам специалистов: в 2026 году поломка вошла в цикл. Космонавты устраняют проблему, радуются, а через три недели — снова проблемы...
СССР был первым в энергии ветра: что помешало стать лидером планеты?
Это был невероятный и прорывной проект советского конструктора Юрия Кондратюка. Того самого, по расчетам которого, американцы полетели на Луну...