Partikelacceleratorer är motorerna för partikelfysikforskning vid Fermilab. De genererar nästan ljushastighet, subatomära partiklar som forskare studerar för att komma till botten med vad som får vårt universum att ticka. Fermilab -experiment bygger på ett antal olika acceleratorer, inklusive en kraftfull, 500 fot lång linjär accelerator som startar processen för att skicka partikelstrålar till olika destinationer.

Men om du inte gör fysikforskning, vad är en accelerator bra för?

Det visar sig, ganska mycket:Elektronstrålar som genereras av linjära acceleratorer har alla slags praktiska användningsområden, som att göra trådarna som används i bilar smältresistenta eller renande vatten.

Ett projekt som heter Accelerator Application Development and Demonstration (A2D2) vid Fermilabs Illinois Accelerator Research Center kommer att hjälpa Fermilab och dess partners att utforska nya applikationer för kompakta linjära acceleratorer, som bara är några meter långa än några hundra. Dessa kompakta acceleratorer är av särskilt intresse på grund av sin lilla storlek - de är billigare och mer praktiska att bygga i en industriell miljö än partikelfysikforskningsacceleratorer - och de kan vara kraftfullare än någonsin.

"A2D2 har två aspekter:Den ena är att undersöka nya tillämpningar av hur elektronstrålar kan användas för att ändra, modifiera eller bearbeta olika material, "sa Fermilabs Tom Kroc, en A2D2 -fysiker. "Det andra är att bidra lite mer till förståelsen av hur dessa processer sker."

För att utveckla dessa aspekter av acceleratorapplikationer, A2D2 kommer att använda en kompakt linjär accelerator som en gång användes på ett sjukhus för att behandla tumörer med elektronstrålar. Med några uppgraderingar för att öka dess effekt, A2D2 -acceleratorn kommer att vara redo att ge sig ut på ett nytt företag:utforska och jämföra andra möjliga användningar av elektronstrålar, vilket hjälper till att specificera utformningen av en ny, industriell kvalitet, högeffektsmaskin under utveckling av IARC och dess partners.

Det kommer inte bara att vara Fermilab -forskare som använder A2D2 -acceleratorn:Som en del av IARC, acceleratorn kommer att vara tillgänglig för användning (vanligtvis genom ett formellt CRADA- eller SPP -avtal) av alla som har en ny idé för elektronstrålapplikationer. IARC:s syfte är att samarbeta med industrin för att utforska sätt att översätta grundläggande forskning och verktyg, inklusive acceleratorforskning, till kommersiella applikationer.

"Jag har redan många människor från industrin som frågar mig, "När kan jag använda A2D2?" Sa Charlie Cooper, chef för IARC. "A2D2 gör att vi kan bidra direkt till industriella applikationer - det är något konkret som IARC nu erbjuder."

På tal om betong, en av de första tillämpningarna i åtanke för kompakta linjära acceleratorer är att skapa slitstark beläggning för vägar som inte kommer att spricka i kylan eller sprida sig i värmen. Detta kan uppnås genom att ersätta traditionell asfalt med ett material som kan förstärkas med hjälp av en accelerator. Den extra styrkan kommer från tvärbindning, en process som skapar bindningar mellan materiallager, nästan som att applicera lim mellan pappersark. Ett enda pappersark riv lätt, men när två eller flera lager är länkade med lim, papperet blir starkare.

"Med hjälp av acceleratorer, du kan ha trottoar som varar längre, är tuffare och har ett större temperaturintervall, "sa Bob Kephart, direktör för IARC. Kephart innehar två patent för processen att härda cement genom tvärbindning. "I grund och botten, du skulle lägga ner vägen som du gör just nu, och du skulle passera en gaspedal över den, och plötsligt skulle du förvandla det till riktigt tuffa grejer - som sängklädseln på baksidan av din pickup. "

Denna process har redan fått ögonen på US Army Corps of Engineers, som kommer att bli en av A2D2:s första partners. En annan partner kommer att vara Chicago Metropolitan Water Reclamation District, som kommer att testa nyttan av kompakta acceleratorer för vattenrening. Många andra potentiella kunder står i kö för att använda teknikplattformen A2D2.

"Du kan i princip driva kemiska reaktioner med elektronstrålar - och i många fall kan de vara mer effektiva än konventionell teknik, så det finns en mängd olika applikationer, "Sa Kephart." Vanligtvis är det du behöver göra en omgång av något och värma upp det för att en reaktion ska kunna inträffa. En elektronstråle kan få en reaktion att ske genom att bryta en bindning med en enda elektron. "

Med andra ord, istället för att behöva koka ett material länge för att nå en specifik värme som skulle framkalla en kemisk reaktion, du kan zappa den med en elektronstråle för att få samma effekt på en bråkdel av tiden.

Förutom att utforska de nya elektronstrålapplikationerna med A2D2-acceleratorn, forskare och ingenjörer på IARC använder den senaste acceleratortekniken för att designa och bygga en ny typ av bärbara, kompakt accelerator, en som tar applikationer som är avtäckta med A2D2 ut ur labbet och in i fältet. A2D2 -acceleratorn är redan liten jämfört med de flesta acceleratorer, men den senaste FoU gör det möjligt för IARC -experter att krympa storleken samtidigt som de ökar kraften hos den föreslagna acceleratorn ytterligare.

"Den nya, kompakt accelerator som vi utvecklar kommer att vara hög effekt och hög energi för industrin, "Sa Cooper." Detta kommer att möjliggöra vissa saker som inte var möjliga tidigare. För något som miljöstädning, du kan ta gaspedalen direkt till webbplatsen. "

Medan IARC -teamet utvecklar denna bärbara accelerator, som ska kunna passa på en vanlig släpvagn, A2D2 -acceleratorn kommer att fortsätta vara ett ställe att experimentera med hur man använder elektronstrålar - och studera vad som händer när man gör det.

"Poängen med denna anläggning är mer utveckling än forskning, men det kommer att finnas en del forskning om bestrålade prover, "sa Fermilabs Mike Geelhoed, en av A2D2 -projektledarna. "Vi är alla glada - åtminstone jag. Vi och våra partners har väntat på den här maskinen ett tag nu. Vi vill alla se hur bra den kan fungera."