Innovativ flydende lithium-opladningsstriper øger acceleratorens ydeevne

Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) accelererer tunge-ion-stråler ved stråleeffekt op til 400 kilowatt til et mål for at skabe sjældne isotoper til videnskabelig forskning. En charge stripper spiller en væsentlig rolle i denne proces. Den fjerner yderligere elektroner fra den ladede partikelstråle for at accelerere den mere effektivt.

FRIB's stråle er for kraftig til en konventionel ladningsstriper lavet af kulfolie. Denne type ladningsfjerner vil lide alvorlige termiske skader og strålingsskader, hvilket begrænser dens levetid og stråleeffekt. For at overvinde dette udviklede og demonstrerede FRIB en avanceret flydende lithium-ladningsstripper. Da den er selvopfyldende, er denne nye ladningsfjerner en overlegen varmefjerner og kan ikke beskadiges af stråling.

Forskere overvejede to alternative designs, da de designede FRIB's charge stripper. Selv den bedst ydende carbon-folie charge stripper ville kun holde i seks timer hos FRIB. En anden type selvopfyldende ladningsstripper er en gasstripper.

Selvom dette kan vare i det uendelige, er strålens ladningstilstand efter gasladningsstripperen væsentligt lavere end efter en fast eller flydende ladningsstriper. Ladningstilstanden af ​​ionen er lig med antallet af elektroner fjernet fra et neutralt atom. Jo højere ladningstilstand, jo mere acceleration kan acceleratoren give ionen.

En flydende lithium-ladningsstriper har en dobbelt fordel:Den kan producere lige så høj ladningstilstand som en solid charge-stripper og holde på ubestemt tid. Denne nye teknologi vil hjælpe FRIB med at accelerere tunge ion-stråler op til 400 kilowatt og åbne nye muligheder i forskellige andre udviklinger af højeffektacceleratorer.

Kraftige, tunge ionstråleanlæg som FRIB er nødvendige for at muliggøre fundamentale nuklearvidenskabelige opdagelser. FRIB gør det muligt for forskere at studere egenskaber af sjældne isotoper, nuklear astrofysik, fundamentale interaktioner og anvendelser for samfundet, herunder inden for medicin, hjemlandsikkerhed og industri. I sådanne acceleratorer spiller ladningsfjernere en væsentlig rolle for effektivt at accelerere strålerne.

Imidlertid er den konventionelle carbon stripper flaskehalsen, hvilket begrænser stråleeffekten. I denne forskning var en flydende lithiumfilm med en tykkelse på 10-20 mikrometer (ca. en tiendedel af tykkelsen af ​​et menneskehår), der flyder med mere end 50 meter i sekundet (180 kilometer i timen eller 112 miles i timen) stabilt dannet i acceleratorens beamline på FRIB, en Department of Energy (DOE) Office of Science brugerfacilitet ved Michigan State University.

Xenon-, argon- og uranstråler blev påført filmen, og dens stabilitet og stripningsevne blev målt. Resultaterne viste, at lithiumfilmen var en effektiv tung-ion-stripper selv med uranstrålen. Sammen med succesen med et tidligere demonstrationseksperiment med høj effekt ved DOE's Argonne National Laboratory, viste forskningen for første gang, at flydende lithium-ladningsstripperen betydeligt kan øge acceleratorkraften ud over den nuværende grænse.

Forskningen er publiceret i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

Teknik kan føre til protonstråler med markant højere effekt, der bruges til at besvare svære videnskabelige spørgsmål