Med introduktionen av CBETA, Cornell-Brookhaven ERL-testaccelerator, Forskare vid Cornell University och Brookhaven National Laboratory följer upp konceptet med energiåtervinnande partikelacceleratorer som först introducerades av fysikern Maury Tigner vid Cornell för mer än 50 år sedan.

CBETA testar två energibesparande tekniker för acceleratorer:energiåtervinning och permanenta magneter. En energiåtervinningslinac (ERL) som CBETA återvinner energin från en begagnad elektronstråle istället för att dumpa den efter experimentet. Den återvunna energin används för att påskynda nästa partikelstråle, skapa en elektronstråle som kan användas för många forskningsområden. Strålarna accelereras av Superconducting Radio Frequency (SRF) enheter, en annan energieffektiv teknik som var pionjär på Cornell.

Genom att använda permanenta magneter, den kraft som vanligtvis behövs för att styra strålen med elektromagneter sparas. Medan energiåtervinning linacs och fasta magneter används någon annanstans, aldrig tidigare har en grupp kunnat styra fyra partikelstrålar med olika energier samtidigt genom att använda fasta magneter genom en ERL.

Föreställ dig fyra bilar som färdas i olika hastigheter runt en sväng. Fysiken är olika för varje bil:Man måste svänga exceptionellt hårt i en högre hastighet i motsats till att en annan kör med en mycket lägre hastighet. Detta gäller också för partiklar med olika energi i strålröret. Permanenta magneter med växlande lutningar gör det möjligt att styra varje partikel med olika energi inom samma 120 mm breda kammare.

Medan denna metod återvinner energi, det skapar också balkar som är mycket kraftfullare:De är tätare bundna, kan producera ljusare och mer sammanhängande strålning, kan ha högre strömmar, och kan ge högre ljusstyrka i kollisionsstrålexperiment.

"ERL -processen uppfanns vid Cornell University för 50 år sedan, och med sin första demonstration i en multi-turn SRF ERL visar Cornells starka och fortsatta tradition inom detta forskningsområde, "sa Georg Hoffstaetter, Cornell professor i fysik och CBETA -huvudutredare.

Kombinerar världsrekordhållande acceleratorkomponenter konstruerade av Cornell med permanentmagnettekniken utvecklad av U.S. Department of Energy Brookhaven National Laboratory (BNL), CBETA -samarbetet syftar till att revolutionera hur acceleratorer byggs.

Det övergripande uppdraget för CBETA är att utveckla en prototyp för eRHIC, en 2,4 mil lång elektronjonkollider som föreslås byggas på BNL på Long Island, New York.

Ungefär två dussin forskare från BNL och Cornells Laboratory for Accelerator-based Sciences and Education (CLASSE) samarbetar om projektet. De kör inledande tester och förväntar sig att slutföra installationen av CBETA till sommaren 2019. De kommer att testa och ta i bruk prototypen för eRHIC till våren 2020.

Mer än 30, 000 acceleratorer är i drift runt om i världen. Denna prototyp ERL har långtgående konsekvenser för biologin, kemi och en mängd andra discipliner. ERL är inte bara tänkt för kärnkrafts- och elementära partikelfysik kolliderare, som i eRHIC och LHeC vid CERN i Schweiz, men också som sammanhängande röntgenkällor för grundforskning, industriella och medicinska ändamål.

"Befintliga linjära acceleratorer har överlägsen strålkvalitet jämfört med stora cirkulära acceleratorer, "Sa Hoffstaeter." Men de är extremt slöseri på grund av att strålen kastas efter användning och kan därför endast ha en extremt låg ström jämfört med ringacceleratorer. Detta begränsar mängden data som samlas in under ett experiment. En ERL som CBETA löser problemet med halvljuskvalitet i ringar och av halvljusström i linjära acceleratorer, allt samtidigt som de sparar energi jämfört med sina föregångare. "

De mest komplexa komponenterna i CBETA finns redan på Wilson Lab:DC -elektronkällan, supraledande radiofrekvens (SRF) injektor linac, den viktigaste ERL-kryomodulen och högeffektstrålen. De var designade, konstruerad och beställd i 10 år av National Science Foundation -finansiering.

Sa Karl Smolenski, ledande ingenjör för Cornell ERL -utveckling:"Om vi ​​lyckas kommer det att vara en stor sak för vetenskap och industri. Så många olika avdelningar och forskare kommer att kunna använda denna teknik. Det kommer också att leda oss framåt i konkurrensvärlden."