Nanopatterned Electron Beams for Coherent Radiation Emission
用于相干辐射发射的纳米图案电子束
基本信息
- 批准号:1632780
- 负责人:
- 金额:$ 52.69万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-08-15 至 2022-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This work aims to exploit recent advances in technology to shrink the cost and size of accelerator-based synchrotron radiation facilities to a level appropriate for typical university and industry labs, as well as hospitals. Since their discovery in 1895, x-rays have been the single most powerful technique for determining the structure of all forms of materials. Through increasingly powerful techniques scientists and medical doctors, as well as quality-control inspectors, airline passenger screeners, and forensic investigators have resolved the length scales from the size of an atom to the size of the human body. Every day, that knowledge underpins our modern technologies, our health, and our safety. Today, however, the benchmark for x-ray performance is set by large accelerator-based synchrotron radiation facilities which, due to their size and cost, have to be located in national labs or major university facilities. The goal of this project is to bring the same cutting-edge capability to a smaller and cheaper scale.This research aims to test a disruptive hypothesis that modestly relativistic electron beams can generate and sustain density modulations at x-ray scale. It aims to: (1) develop foundational understanding of diffraction of relativistic beams through experiments with thin slab Si crystals and to create a dynamical beam stop that extinguishes the forward beam; (2) determine the dependence of diffraction parameters on electron beam properties using experiment and simulation derived from first principles; (3) demonstrate that diffraction can result in a nanopatterned beam where Si grating structures and imaging optics are used to establish the density modulation in the patterned beam; (4) demonstrate that the nanopatterned beam retains its density modulation through acceleration with tunable period using a new state-of-the-art Arizona State University (ASU) accelerator facility. This project will facilitate mentorship and training of the next generation of x-ray and accelerator scientists and engineers in the new world class accelerator R&D and x-ray science facility. Dissemination with global reach will be achieved through the Nanopatterned Electron Beams Discovery Mission website, which will host training modules that fortify hands-on instructional classroom outreach programs to middle and high-school students and through K-12 'Science is Fun' program at ASU.
这项工作旨在利用最新的技术进步,将基于加速器的同步加速器辐射设施的成本和规模缩小到适合典型大学和工业实验室以及医院的水平。 自 1895 年发现以来,X 射线一直是确定所有形式材料结构的最强大的技术。通过日益强大的技术,科学家和医生、质量控制检查员、航空公司乘客安检员和法医调查员已经解决了从原子大小到人体大小的长度尺度问题。每一天,这些知识都支撑着我们的现代技术、我们的健康和我们的安全。然而,如今,X 射线性能的基准是由基于加速器的大型同步加速器辐射设施设定的,由于其尺寸和成本,这些设施必须位于国家实验室或主要大学设施中。 该项目的目标是将相同的尖端能力带到更小、更便宜的规模。这项研究旨在测试一个颠覆性的假设,即适度相对论电子束可以在 X 射线尺度上产生并维持密度调制。 其目标是:(1)通过薄板硅晶体实验加深对相对论光束衍射的基础理解,并创建一个动态光束挡板来熄灭前向光束; (2) 利用从第一原理导出的实验和模拟来确定衍射参数对电子束特性的依赖性; (3) 证明衍射可以产生纳米图案光束,其中使用硅光栅结构和成像光学器件来建立图案光束中的密度调制; (4) 证明纳米图案光束通过使用新型最先进的亚利桑那州立大学 (ASU) 加速器设施进行可调谐周期的加速来保持其密度调制。 该项目将促进在新的世界级加速器研发和 X 射线科学设施中对下一代 X 射线和加速器科学家和工程师的指导和培训。全球范围内的传播将通过纳米图案电子束发现任务网站来实现,该网站将举办培训模块,加强针对中学生和高中生的实践教学课堂推广计划,并通过亚利桑那州立大学的 K-12“科学很有趣”计划来实现。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:2.9
- 作者:Shevchuk, Andrew S.;Spence, John C.;Kirian, Richard A.;Graves, William S.;Schmidt, Kevin E.
- 通讯作者:Schmidt, Kevin E.
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- 发表时间:2021-02-11
- 期刊:
- 影响因子:2.2
- 作者:Malin, L. E.;Graves, W. S.;Weathersby, S.
- 通讯作者:Weathersby, S.
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