Forskare är ett steg närmare att bygga en intensiv elektronstrålekälla utan laser. Med hjälp av högljuselektronkällalabbet vid DOE:s Fermi National Accelerator Laboratory, ett team ledd av vetenskapsmannen Luigi Faillace från RadiaBeam Technologies testar en kolnanorörskatod – ungefär lika stor som nickel – som helt eliminerar behovet av ett lasersystem i rumsstorlek. Tester med nanorörskatoden har producerat strålströmmar tusen till en miljon gånger större än den som genereras med en stor, dyrt lasersystem.

Tekniken har omfattande tillämpningar inom medicinsk utrustning och nationell säkerhet, eftersom en elektronstråle är en kritisk komponent för att generera röntgenstrålar.

Medan kolnanorörskatoder har studerats omfattande i akademin, Fermilab är den första anläggningen som testar tekniken i en fullskalig miljö.

"Folk har pratat om det i flera år, sade Philippe Piot, stabsforskare vid Fermilab och professor vid Northern Illinois University, "men det som saknades var ett partnerskap mellan människor som har kunnandet på ett labb, ett universitet och ett företag."

Fermilab söktes för att testa den experimentella katoden på grund av dess förmåga och expertis för att hantera intensiva elektronstrålar, ett av relativt få labb som kan stödja detta projekt. Ett U.S. Department of Energy Small Business Innovation Research-anslag finansierar RadiaBeam-Fermilab-samarbetet.

Den nya katoden ser vid första anblicken ut som en slät svart knapp, men på nanoskala liknar det, med Piots ord, "miljontals blixtledare." När ett starkt elektriskt fält appliceras, det drar strömmar av elektroner från katodens yta, skapar elektronstrålen. Den exceptionella styrkan hos kolnanorör förhindrar att katoden förstörs.

Traditionellt, acceleratorforskare använder lasrar för att träffa katoder för att skjuta ut elektroner genom fotoemission. De elektriska och magnetiska fälten i partikelacceleratorn organiserar sedan elektronerna till en stråle. Den testade nanorörskatoden kräver ingen laser:den behöver bara det elektriska fältet som redan genereras av en accelerator för att suga bort elektronerna, en process kallad fältemission.