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
Парадокс Великой Зеленой стены: Китай посадил 78 миллиардов новых деревьев, но климат стал только хуже. Как так вышло?
Ученые назвали причины, почему самый грандиозный экологический проект за всю историю в итоге обернулся головной болью для миллионов китайских граждан...
Марс отменяется: три причины, почему российские эксперты ставят крест на Красной планете
Почему пробирка с Марса опаснее любого астероида, как галактические лучи «взрывают» мозг и при чем тут Китай? Честный разбор рисков от Российской академии наук...
«Не повторяйте наших ошибок!» 100 лет борьбы с лесными пожарами обернулись катастрофой для США
Эксперты рассказали, почему, казалось бы, проверенная тактика только усугубила ситуацию с лесным огнем...
Мегамонстры с 7-го этажа: в древних океанах шла такая война хищников, где у современных косаток не было бы ни единого шанса
Ученые рассказали, куда исчезли «боги» мезозойских морей и почему сейчас их существование было бы невозможно...
ДНК 4000-летней овцы оказалось ключом к древней тайне, стоившей жизни миллионам
Поразительно, но археологи нашли штамм древней чумы, кошмаривший всю Евразию, в самом таинственном российском городе — Аркаиме. Почему же так получилось?...
Супертелескоп James Webb только запутал ученых, а планета-«близнец» Земли стала еще загадочнее
Эксперты рассказали, почему самый мощный телескоп в истории не смог разобраться с атмосферой TRAPPIST-1e. Аппарат не виноват. Но тогда кто?...
Мощнее леса в десятки раз: в ЮАР нашли «живые камни», которые выкачивают CO₂ с бешеной скоростью
Микробиалиты могли бы спасти Землю от потепления, но у этих «каменных насосов» есть один нюанс...
Новое исследование показало: если бы не этот «российский ген», древние люди вряд ли бы заселили Америку
Ученые рассказали, почему Алтай в ДНК — это главный секрет феноменального здоровья индейцев...
Первая «чернокожая британка» оказалась белой: новое исследование заставило историков полностью пересмотреть портрет женщины из Бичи-Хед
Почему ученые так сильно ошиблись с ее внешностью? И стоит ли после этого доверять реконструкциям по ДНК?...
Грядет научный прорыв: Зачем в последние годы ученые по всему миру создают очень странные компьютеры?
Новые аппараты… не просто живые: они стирают различия между ЭВМ и человеческим мозгом...
20-летнее наблюдение со спутников «сломало климат»: Теперь ученым придется полностью менять все теории
Зато теперь понятно, почему в двух близких городах могут быть... разные времена года...
Она нам больше не праматерь! Почему легендарную Люси могут «изгнать» из числа наших предков?
Ведущие антропологи мира схлестнулись в настоящей войне. Кто же окажется победителем?...
Главная тайна Черного моря разгадана: Ученые рассказали, почему там на дне очень прозрачная пресная вода
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось заглянуть на 8 тысяч лет назад...