Nanorør katode slår stort, dyr laser

Forskere er et skridt tættere på at bygge en intens elektronstrålekilde uden laser. Brug af elektronkildelaboratoriet med høj lysstyrke ved DOE's Fermi National Accelerator Laboratory, et hold ledet af videnskabsmanden Luigi Faillace fra RadiaBeam Technologies tester en carbon nanorør-katode - på størrelse med en nikkel - der fuldstændigt eliminerer behovet for et lasersystem i rumstørrelse. Forsøg med nanorør-katoden har produceret strålestrømme tusind til en million gange større end den, der genereres med en stor, dyrt lasersystem.

Teknologien har omfattende anvendelser inden for medicinsk udstyr og national sikkerhed, da en elektronstråle er en kritisk komponent i generering af røntgenstråler.

Mens kulstof nanorør katoder er blevet undersøgt indgående i den akademiske verden, Fermilab er den første facilitet, der tester teknologien i en fuldskala indstilling.

"Folk har talt om det i årevis, sagde Philippe Piot, stabsforsker ved Fermilab og professor ved Northern Illinois University, "men det, der manglede, var et partnerskab mellem mennesker, der har knowhow på et laboratorium, et universitet og en virksomhed."

Fermilab blev opsøgt for at teste den eksperimentelle katode på grund af dens evne og ekspertise til at håndtere intense elektronstråler, et af relativt få laboratorier, der kan støtte dette projekt. En US Department of Energy Small Business Innovation Research-bevilling finansierer RadiaBeam-Fermilab-samarbejdet.

Den nye katode ser ved første øjekast ud som en glat sort knap, men på nanoskalaen ligner det, med Piots ord, "millioner af lynafledere." Når et stærkt elektrisk felt påføres, det trækker strømme af elektroner fra overfladen af ​​katoden, skabe elektronstrålen. Den usædvanlige styrke af carbon nanorør forhindrer katoden i at blive ødelagt.

Traditionelt, accelerator videnskabsmænd bruger lasere til at ramme katoder for at udstøde elektroner gennem fotoemission. De elektriske og magnetiske felter i partikelacceleratoren organiserer derefter elektronerne i en stråle. Den testede nanorør-katode kræver ingen laser:den har kun brug for det elektriske felt, der allerede er genereret af en accelerator for at suge elektronerne væk, en proces kaldet feltemission.