I naturen, de kärnreaktioner som bildar stjärnor åtföljs ofta av astronomiskt höga mängder energi, ibland under miljarder år. Detta utgör en utmaning för kärnastrofysiker som försöker studera dessa reaktioner på ett kontrollerat, lågenergilaboratoriemiljö. Chanserna att återskapa en sådan gnista utan att bombardera mål med högintensiva strålar är obegripligt låga. Dock, efter de senaste renoveringarna av sin accelerator, ett laboratorium rapporterade rekordprestanda.

Efter sex år av uppgraderingar av elektroncyklotronresonansjonkällan (ECRIS) vid Laboratory for Experimental Nuclear Astrophysics, medlem av Triangle Universities Nuclear Laboratory, forskare från University of North Carolina rapporterar förbättrade resultat. I Granskning av vetenskapliga instrument , gruppen fokuserade på systemets accelerationskolonn och mikrovågssystem, vilket gör det säkrare och ger bättre högspänningskällastabilitet och signal-till-bakgrundsförhållande.

"Vad många inte inser är att det egentligen inte finns något på marknaden för detta som vi bara kan köpa, sa Andrew Cooper, en författare på tidningen och en av huvuddesignerna bakom projektet. "Istället för att betala miljontals dollar [för uppgraderingar], vi tog det som en utmaning."

Eftersom den tidigare ECRIS pressades till sina gränser, överhettning gjorde att limmet mellan fogar i systemet smälte, orsakar ett vakuumproblem. Protoner skulle sedan jonisera kvarvarande gas och frigöra elektroner som avger skadlig bremsstrahlung-strålning under experiment.

Forskarna började designa uppgraderingarna 2012 med hjälp av andra grupper, inklusive Duke University och Neutron Therapeutics. Författarna fick först data från det förbättrade systemet 2015 och har sedan dess gjort ytterligare uppgraderingar.

Uppgraderingarna inkluderade en kompressionsdesign och O-ringstätningar för att säkerställa ett tillräckligt vakuum. Parallella motståndskanaler av kylda, avjoniserat vatten kyler systemet och låter det producera en spänningsgradient. Under tiden, alternerande tvärgående magnetfältsektioner internt placerade längs pelarens längd fångar upp felaktiga elektroner och eliminerar bremsstrahlung-strålning.

Ett pulserande mikrovågssystem med högre effekt och ett axiellt justerbart strålextraktionssystem möjliggör strålpulsering synkroniserad med uppsamlingsanordningar. Detta har gjort det möjligt för gruppen att öka protonstrålens intensitet till rekordnivån 3,5 milliampere utan att skada mål. Dessutom, detta nya system har minskat mängden bakgrundsstörningar från miljön från källor som rymdstrålning.

"Vår accelerator är ganska unik på många sätt, " sa Cooper. "Vi har visat ett smart sätt att ta bort bakgrund utan att bygga ett system under jorden."

Nästa, Cooper och hans kollegor försöker utforska funktionerna i systemet ytterligare, inklusive hur inställningsparametrar påverkar strålens emittans och intensitet, med målet att uppnå en målstråleintensitet på 10 milliampere.