Renoveringer fører til store forbedringer på Nuclear Astrophysics lab

I naturen, de atomreaktioner, der danner stjerner, ledsages ofte af astronomisk store mængder energi, nogle gange over milliarder af år. Dette er en udfordring for nukleare astrofysikere, der forsøger at studere disse reaktioner i en kontrolleret, lavenergi laboratorieindstilling. Chancerne for at genskabe en sådan gnist uden at bombardere mål med bjælker med høj intensitet er ufatteligt lave. Imidlertid, efter nylige renoveringer af acceleratoren, et laboratorium rapporterede rekordstor ydeevne.

Efter seks års opgraderinger til elektroncyklotronresonansionskilden (ECRIS) på Laboratory for Experimental Nuclear Astrophysics, medlem af Triangle Universities Nuclear Laboratory, forskere fra University of North Carolina rapporterer forbedrede resultater. I Gennemgang af videnskabelige instrumenter , gruppen fokuserede på systemets accelerationssøjle og mikrobølgesystem, gør det mere sikkert og giver bedre højspændingskildestabilitet og signal-til-baggrund-forhold.

"Hvad mange mennesker ikke er klar over, er, at der ikke virkelig er noget, der findes på markedet til dette, som vi bare kan købe, "sagde Andrew Cooper, en forfatter på papiret og en af ​​de ledende designere bag projektet. "I stedet for at betale millioner af dollars [for opgraderinger], vi nærmede os det som en udfordring. "

Da den tidligere ECRIS blev presset til dets grænser, overophedning fik limet mellem samlingerne i systemet til at smelte, fremkalder et vakuumproblem. Protoner ville derefter ionisere restgas og frigive elektroner, der udsender skadelig bremsstrahlungstråling under forsøg.

Forskerne begyndte at designe opgraderingerne i 2012 med hjælp fra andre grupper, herunder Duke University og Neutron Therapeutics. Forfatterne indhentede først data fra det forbedrede system i 2015 og har siden foretaget yderligere opgraderinger.

Opgraderingerne omfattede inkorporering af et kompressionsdesign og O-ringsforseglinger for at sikre et tilstrækkeligt vakuum. Parallelle modstandskanaler af kølet, deioniseret vand afkøler systemet og lader det producere en spændingsgradient. I mellemtiden, skiftevis tværgående magnetfeltsektioner internt placeret langs søjlens længde fanger fejlende elektroner og eliminerer bremsstrålingstråling.

Et pulserende mikrobølgesystem med højere effekt og et aksialt justerbart stråleudtrækningssystem muliggør strålepulsering synkroniseret med opsamlingsenheder. Dette har gjort det muligt for gruppen at øge protonstråleintensiteten til en rekordindstilling på 3,5 milliamp uden at beskadige mål. I øvrigt, dette nye system har reduceret mængden af ​​miljøbaggrundsinterferens fra kilder som rumstråling.

"Vores accelerator er ret unik på mange måder, "Cooper sagde." Vi har vist en smart måde at fjerne baggrund uden at bygge et system under jorden. "

Næste op, Cooper og hans kolleger søger at udforske yderligere funktioner i systemet, herunder hvordan tuningparametre påvirker stråleemittering og intensitet, med målet om at opnå en målstråleintensitet på 10 milliampere.