Ikke-invasive intensitetsmålinger af lavenergistråler demonstreret for første gang

En præcis måling af absolut stråleintensitet er en nøgleparameter for at overvåge eventuelle tab i en stråle og kalibrere det absolutte antal partikler, der leveres til eksperimenterne.

Imidlertid, denne type måling er meget udfordrende med traditionel strålestrømsdiagnostik, når det kommer til lavenergi, lavintensitetsstråler på grund af de meget lave signalniveauer. Partikelacceleratoreksperter fra University of Liverpool har nu eksperimentelt demonstreret en ny type skærm i et samarbejde med CERN, GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research og Friedrich Schiller University og Helmholtz Institute Jena.

Et papir, der netop er udgivet i Superledende videnskab og teknologi dokumenterer udfordringerne ved implementering og første strålemålinger. Dette er de første målinger nogensinde af denne type, der er udført i en synkrotron ved hjælp af både strækninger og korte bundter.

Antiproton-deceleratoren (AD) er en synkrotron, der giver antiprotoner med lav energi til undersøgelser af antimateriale. Disse undersøgelser er afhængige af at skabe antimateriale-atomer (såsom anti-brint) og bruge dem som sonder for de mest fundamentale symmetrier i naturen, såsom invariance af CPT, eller af gravitationsaccelerationen på stof og antimateriale.

En præcis måling af stråleintensiteten i AD er afgørende for at overvåge eventuelle tab under decelerations- og kølefaserne i AD -cyklussen, og for at kalibrere det absolutte antal partikler leveret til eksperimenterne. Imidlertid, dette er meget udfordrende med traditionel strålediagnostik på grund af den lave intensitet af antiprotonstrålen, som kun er i størrelsesordenen 10 millioner partikler, svarende til strålestrømme så lave som et par hundrede nano-ampere. For at klare dette, en kryogen strømkomparator (CCC) baseret på en superledende kvanteinterferensenhed (SQUID) blev udviklet og installeret i AD, i et samarbejde mellem acceleratoreksperter fra University of Liverpool og CERN, GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, Friedrich Schiller University og Helmholtz Institute Jena.

Tidligere inkarnationer af CCC'er til acceleratorer led af problemer vedrørende følsomhed over for mekaniske vibrationer og elektromagnetiske forstyrrelser. Desuden, disse opsætninger blev brugt til måling af langsomme stråler, normalt fra accelerationsoverførselslinjer, og kunne ikke måle korte bundte bjælker, der præsenterede hurtige strømvariationer. For at måle strålestrømmen og -intensiteten gennem en cyklus af en synkrotronmaskine, f.eks. AD, CCC skulle tilpasses til at klare de hurtige signaler fra bundte stråler.

I et open access -papir, der netop er offentliggjort i IOP Superledende videnskab og teknologi tidsskrift, Miguel Fernandes og medforfattere beskriver udfordringerne ved implementering og målinger af første stråler. Dette er de første CCC-strålestrømmålinger nogensinde udført i en synkrotron ved hjælp af både friløb og korte bundte bjælker. Papiret demonstrerer de spændende udsigter for denne nye type strålediagnosticeringsenhed.