شتابدهنده ها ابزاری برای شتاب دادن ذرات باردار مانند الکترون، پوزیترون و یون ها هستند. شتابدهنده های متداول در سطح جهان مانند SLAC و CERN به پیشرفت علم و تکنولوژی و همچنین شناخت جهانی که در آن زندگی می کنیم کمک شایانی کرده است . با اینکه این شتابدهنده ها جواب بسیاری از سوالات را داده اند اما عطش انسان برای شناخت هرچه بیشتر جهان سیری ناپذیر است و محدودیت های این شتابدهنده ها، چالش قابل توجه برای دانشمندان شده است.
نیروی پاندرموتیو در پلاسما موج (wake) تولید شده توسط پرتو الکترونی در پلاسمااگر پلاسما را در معرض لیزر قرار دهیم (اگر شدت لیزر به اندازه کافی زیاد باشد) یک نیروی به پلاسما توسط لیزر اعمال می شود که به نیروی پاندرموتیو(ponderomotive) مشهور است.
در شتاب دهنده های RF به دلیل پدیده شکست دی الکتریک محفظه شتابدهنده نمی تواند از یک محدوده ای بیشتر باشد. این محدودیت در هر نوع هندسه ای وجود دارد و برای غلبه بر آن باید طول شتابدهنده ها را برای دستیابی به میدان بزرگتر و انرژی بیشتر افزایش دهند. علاوه بر این مسئله فنی، هزینه های زیاد ساخت یک شتابدهنده RF اینقدر سنگین هست که بودجه های بین المللی برای راه اندازی آنها استفاده می شود. از مشکلات دیگه این شتابدهنده ها می توان به بزرگ بودن مساحت لازم برای بهره برداری اشاره کرد بطوریکه شتاب دهنده SLAC سه کیلومتر و CERN بیست و هفت کیلومتر مربع (تقریباً به اندازه مساحت شهر پاریس!) مساحت دارند. اما شتابدهنده های پلاسما میدان های با بزرگی بسیار زیادتر از میدان بیشینه شتابدهنده های RF تحمل می کنند. علاوه بر آن از لحاظ اقتصادی به صرفه هستند. نکته مهمتر از همه اندازهٔ این شتابدهنده است که در صورت به ثمر رسیدن تلاش های دانشمندان چیزی در حدود یک متر طول خواهد داشت.
وقتی پالس لیزری فوق کوتاه (یا باریکه ذرات) با شدت زیاد وارد پلاسما شود نیروی پاندرموتیو ایجاد شده باعث ایجاد جدایش بار می شود و باعث تحریک موج الکترونی در پشت سر خود می شود که اصطلاحاً به آن wakefield می گویند. به علت تحرک پذیری کم، یون ها را می توان ثابت در نظر گرفت و الکترون ها از سر راه پالس لیزری کنار می روند و بعد از عبور پالس لیزری به دلیل وجود یون های مثبت در مرکز الکترون ها به سمت جلو شتاب داده می شوند. به عبارت دیگر لیزر باعث ایجاد موج الکترونی می شود که باعث گیراندازی الکترون ها در آن می شود. درست مانند اسکی سواری که سوار بر موج دریا شده و شتاب می گیرد.
مفهوم شتابدهنده های پلاسمایی و امکان تولید آن ها ابتدا توسط توشیکی تاجیما و جان ام داوسون در دانشگاه کالیفرنیا در لس انجلس در سال ۱۹۷۹ مطرح شد. آزمایش های اولیه برای تولید شتابدهنده های بر پایه wakefield در همین دانشگاه توسط پروفسور چان جوشی انجام شد. در حال حاضر دستگاه های آزمایشگاهی تولید شده نشاندهندهٔ این حقیقت هستند که با این شتابدهنده ها می توان با مرتبه بسیار بالاتر از شتابدهنده های فعلی، ذرات را در فاصله بسیار کوتاهتر (در حدود یک متر) شتاب داد. (میدانی با بزرگی ۱ گیگا ولت بر متر مربع در برابر ۰٫۱ گیگا ولت بر متر مربع شتابدهنده های RF). برای مثال شتابدهنده تولید شده در آزمایشگاه ملی برکلی می تواند الکترون ها را در فاصله ۳٫۳ متر شتاب دهد.
نیروی پاندرموتیو در پلاسما موج (wake) تولید شده توسط پرتو الکترونی در پلاسمااگر پلاسما را در معرض لیزر قرار دهیم (اگر شدت لیزر به اندازه کافی زیاد باشد) یک نیروی به پلاسما توسط لیزر اعمال می شود که به نیروی پاندرموتیو(ponderomotive) مشهور است.
در شتاب دهنده های RF به دلیل پدیده شکست دی الکتریک محفظه شتابدهنده نمی تواند از یک محدوده ای بیشتر باشد. این محدودیت در هر نوع هندسه ای وجود دارد و برای غلبه بر آن باید طول شتابدهنده ها را برای دستیابی به میدان بزرگتر و انرژی بیشتر افزایش دهند. علاوه بر این مسئله فنی، هزینه های زیاد ساخت یک شتابدهنده RF اینقدر سنگین هست که بودجه های بین المللی برای راه اندازی آنها استفاده می شود. از مشکلات دیگه این شتابدهنده ها می توان به بزرگ بودن مساحت لازم برای بهره برداری اشاره کرد بطوریکه شتاب دهنده SLAC سه کیلومتر و CERN بیست و هفت کیلومتر مربع (تقریباً به اندازه مساحت شهر پاریس!) مساحت دارند. اما شتابدهنده های پلاسما میدان های با بزرگی بسیار زیادتر از میدان بیشینه شتابدهنده های RF تحمل می کنند. علاوه بر آن از لحاظ اقتصادی به صرفه هستند. نکته مهمتر از همه اندازهٔ این شتابدهنده است که در صورت به ثمر رسیدن تلاش های دانشمندان چیزی در حدود یک متر طول خواهد داشت.
وقتی پالس لیزری فوق کوتاه (یا باریکه ذرات) با شدت زیاد وارد پلاسما شود نیروی پاندرموتیو ایجاد شده باعث ایجاد جدایش بار می شود و باعث تحریک موج الکترونی در پشت سر خود می شود که اصطلاحاً به آن wakefield می گویند. به علت تحرک پذیری کم، یون ها را می توان ثابت در نظر گرفت و الکترون ها از سر راه پالس لیزری کنار می روند و بعد از عبور پالس لیزری به دلیل وجود یون های مثبت در مرکز الکترون ها به سمت جلو شتاب داده می شوند. به عبارت دیگر لیزر باعث ایجاد موج الکترونی می شود که باعث گیراندازی الکترون ها در آن می شود. درست مانند اسکی سواری که سوار بر موج دریا شده و شتاب می گیرد.
مفهوم شتابدهنده های پلاسمایی و امکان تولید آن ها ابتدا توسط توشیکی تاجیما و جان ام داوسون در دانشگاه کالیفرنیا در لس انجلس در سال ۱۹۷۹ مطرح شد. آزمایش های اولیه برای تولید شتابدهنده های بر پایه wakefield در همین دانشگاه توسط پروفسور چان جوشی انجام شد. در حال حاضر دستگاه های آزمایشگاهی تولید شده نشاندهندهٔ این حقیقت هستند که با این شتابدهنده ها می توان با مرتبه بسیار بالاتر از شتابدهنده های فعلی، ذرات را در فاصله بسیار کوتاهتر (در حدود یک متر) شتاب داد. (میدانی با بزرگی ۱ گیگا ولت بر متر مربع در برابر ۰٫۱ گیگا ولت بر متر مربع شتابدهنده های RF). برای مثال شتابدهنده تولید شده در آزمایشگاه ملی برکلی می تواند الکترون ها را در فاصله ۳٫۳ متر شتاب دهد.
wiki: شتاب دهنده پلاسمایی