Itongadol.- En un mundo donde la radiación y las fuentes de energía son fundamentales para la innovación tecnológica, el Departamento de Física de la Universidad de Ariel explora nuevas formas de mejorar la eficiencia de la producción de radiación en láseres de electrones libres (FEL), en los que un haz de electrones oscila en una estructura magnética cíclica llamada ondulador, y durante la transición emite radiación que se amplifica y se emite como un láser. El avance logrado en este trabajo llevó al estudiante de doctorado León Feigin a ganar la Beca Presidencial 2025 para Estudiantes de Doctorado Sobresalientes en el tema «Innovación en los Campos de la Ciencia y las Tecnologías Médicas Ante los Desafíos de la Época».
Las fuentes de radiación en el rango de terahercios constituyen la base de numerosas tecnologías que impactan la vida cotidiana, desde imágenes médicas de precisión hasta sistemas avanzados de detección e identificación, pasando por aplicaciones de seguridad y comunicaciones. Sin embargo, a pesar de su gran potencial, los sistemas de alta potencia siguen siendo escasos y complejos. Si bien los láseres de electrones libres pueden emitir radiación a estas frecuencias, la eficiencia con la que la energía del haz de electrones se convierte en radiación útil ha sido relativamente baja hasta la fecha, y en los sistemas convencionales suele ser del orden de un porcentaje de conversión o incluso menor. Esta limitación representa una barrera significativa para el desarrollo de fuentes de radiación más compactas, potentes y eficientes.
Para abordar este desafío, León Feigin, estudiante de doctorado del Departamento de Física de la Universidad de Ariel, bajo la supervisión del Dr. Ariel Naos, diseñó un innovador sistema magnético que aumenta la eficiencia de la emisión de radiación del haz de electrones y permite la construcción de una fuente de potencia significativa. En su trabajo, los investigadores utilizaron datos del haz del acelerador de electrones avanzado ORGAD, que opera en el Centro de Aceleradores Schlesinger de la Universidad de Ariel, para realizar simulaciones avanzadas del comportamiento del haz y la radiación. Este acelerador fue diseñado en colaboración entre la Universidad de Ariel y la UCLA en Los Ángeles, y fue construido para producir un pulso de electrones energético de duración extremadamente corta, adecuado para el método de investigación diseñado.
El sistema diseñado, actualmente en fase de construcción, se basa en un método conocido como Superradiancia Mejorada por Disminución Templada . Este método combina la emisión coherente espontánea de radiación de un haz de electrones enfocado con un cambio gradual en la intensidad del campo magnético a lo largo del ondulador en el que se mueve el haz. Este diseño permite que los electrones mantengan la sincronización con el campo de radiación incluso cuando pierden energía, aumentando así la energía de la radiación emitida durante la interacción entre ellos.
La investigación incluyó el diseño de ingeniería completo del ondulador mediante simulaciones avanzadas que también contemplan efectos complejos como la interacción eléctrica entre los electrones dentro del haz y la divergencia espacial del haz de electrones a lo largo del acelerador y el ondulador. Además, se implementaron soluciones específicas para el enfoque del haz, lo que permitió trabajar con haces de electrones cortos y agrupados.
¿Y los resultados? Una mejora drástica en la eficiencia de conversión de energía en radiación, alcanzando entre un 5 y un 6 por ciento, en comparación con el 1 por ciento o incluso menos en otros sistemas. Esto representa un aumento de casi diez veces con respecto a otros sistemas que no se basan en la tecnología Tapering Enhanced Superradiance.
Estos logros demuestran el potencial del método para desarrollar fuentes de radiación más eficientes en frecuencias de terahercios para futuras aplicaciones en los campos de la medicina y la defensa.
La Universidad de Ariel felicita a León y a su equipo de investigadores por sus logros, excelencia e investigación pionera. Esta investigación pone de relieve la singular labor del Departamento de Física, que forma a la futura generación de científicos y promueve la investigación aplicada e innovadora con un amplio impacto en el mundo de la ciencia, la tecnología y la sociedad, al tiempo que sienta las bases de una infraestructura científica y tecnológica para avances que contribuyen al fortalecimiento científico y tecnológico del Estado de Israel.