Electrical breakdowns in CLIC accelerator

Materjalidefektide simuleerimine kõrgsageduslikes elektriväljades

Nutikas tudeng, kes sa tunned huvi tänapäeva tippteaduse vastu ning soovid oma lõputööd teha CERN-iga seotud teemal ning tegutsedes CERN-is! Võta ühendust ning osale uue CERN-is baseeruva kiirendi väljatöötamisel!

Kompaktne lineaarpõrguti (CLIC, http://clic-study.web.cern.ch/) on CERN-is arendatav uue põlvkonna lineaarkiirendi, kus osakeste kiirendamine toimub sirgjoonelistel trajektooridel. Lineaarkiirendi rakendusvaldkondadeks on näiteks standardmudeli järgne füüsika (physics beyond the standard model), Higgsi bosoni täppismõõtmised ning meditsiinilised valdkonnad, nagu näiteks vähiravi. Planeeritav seade on 50 km pikk ning sellega jõutakse energiateni 0.5 TeV - 5 TeV. Saavutamaks sellist energiat, kasutatakse kiirendavat elektrivälja, mis ulatub 100-150 MV/m. Sellistes kõrgetes elektriväljades avaldub olulise probleemina aga sage elektriliste läbilöökide tekkimine kiirendi elektroodidel.

Läbilöögid avalduvad vaakumkaartena (kaarlahendus vaakumis), ning üldiselt eeldatakse, et vaakumkaar algab elektrivälja võimendavate nanoskaalas olevatelt nõelasarnastelt pinnadefektidelt, nende pinnadefektide tekkemehhanism on ebaselge. Elektriliste läbilöökide kahandamine alla kriitilise piiri on keskse tähtsusega probleemiks CLIC-i ehitamisel!

Üks lubavamaid meetodeid kiirendi struktuuri parandamiseks on uute materjalide leidmine, mis suudavad taluda kõrgeid elektrivälju ning kiireid elektriväljade muutusi. Võtmeprobleemiks uute materjalide leidmisel on arusaamine füüsikalistest protsessidest, mis toimuvad materjalis läbilöögi eel ning ajal. Uurimustöös kasutatakse erinevaid arvutusmeetodeid, nagu molekulaardünaamika, lõplike elementide meetod ja kineetiline Monte-Carlo, selgitamaks elektriliste läbilöökideni viivate pinnadefektide tekkepõhjuseid. Töös vajalike aruvutisimulatsioonide läbiviimine tähendab, et suures plaanis kasutatakse nn. „multiscale“ simulatsioone, millega kaetakse materjalide simuleerimine alates atomistlikust skaalast kuni makroskaalani.