Con la introducción de CBETA, el acelerador de pruebas Cornell-Brookhaven ERL, Los científicos de la Universidad de Cornell y el Laboratorio Nacional de Brookhaven están siguiendo el concepto de aceleradores de partículas con recuperación de energía, introducido por primera vez por el físico Maury Tigner en Cornell hace más de 50 años.

CBETA prueba dos tecnologías de ahorro de energía para aceleradores:recuperación de energía e imanes permanentes. Un linac de recuperación de energía (ERL) como CBETA recupera la energía de un haz de electrones usado en lugar de descargarla después del experimento. La energía recuperada se utiliza para acelerar el siguiente haz de partículas, creando un haz de electrones que se puede utilizar para muchas áreas de investigación. Los haces son acelerados por unidades de radiofrecuencia superconductora (SRF), otra tecnología de eficiencia energética pionera en Cornell.

Mediante el uso de imanes permanentes, se ahorra la energía que normalmente se necesita para dirigir el haz con electroimanes. Mientras que los linacs de recuperación de energía y los imanes fijos se utilizan en otros lugares, nunca antes un grupo había podido dirigir cuatro haces de partículas de diferentes energías simultáneamente mediante el uso de imanes fijos a través de un ERL.

Imagínese cuatro automóviles viajando a diferentes velocidades en una curva. La física involucrada es diferente para cada automóvil:uno debe girar excepcionalmente fuerte a una velocidad más alta en lugar de otro que viaja a una velocidad mucho más baja. Esto también es válido para partículas con diferente energía en la tubería de la viga. Los imanes permanentes con gradientes alternos permiten dirigir cada partícula de diferente energía dentro de la misma cámara de 120 mm de ancho.

Si bien este método recicla energía, también crea vigas que son mucho más potentes:están más estrechamente unidas, puede producir una radiación más brillante y coherente, puede tener corrientes más altas, y puede producir una mayor luminosidad en experimentos de haz colisionante.

"El proceso ERL se inventó en la Universidad de Cornell hace 50 años, y tener su primera demostración en un SRF ERL de varias vueltas muestra la fuerte y continua tradición de Cornell en este campo de investigación, "dijo Georg Hoffstaetter, Profesor de Física de Cornell e investigador principal de CBETA.

Combinando componentes de acelerador de récord mundial construidos por Cornell con la tecnología de imán permanente desarrollada por el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) del Departamento de Energía de EE. UU. la colaboración CBETA tiene como objetivo revolucionar la forma en que se construyen los aceleradores.

La misión general de CBETA es desarrollar un prototipo de eRHIC, un colisionador de iones de electrones de 2.4 millas de largo propuesto para ser construido en BNL en Long Island, Nueva York.

Aproximadamente dos docenas de científicos de BNL y el Laboratorio de Ciencias y Educación basadas en Aceleradores (CLASSE) de Cornell están colaborando en el proyecto. Están realizando pruebas iniciales y esperan completar la instalación de CBETA para el verano de 2019. Probarán y pondrán en marcha el prototipo de eRHIC para la primavera de 2020.

Mas de 30, Hay 000 aceleradores en funcionamiento en todo el mundo. Este prototipo de ERL tiene implicaciones de gran alcance para la biología, química y muchas otras disciplinas. Los ERL no solo están pensados ​​para colisionadores de física de partículas elementales y nucleares, como en eRHIC y LHeC en el CERN en Suiza, sino también como fuentes coherentes de rayos X para la investigación básica, fines industriales y médicos.

"Los aceleradores lineales existentes tienen una calidad de haz superior en comparación con los grandes aceleradores circulares, "Dijo Hoffstaeter." Sin embargo, son un desperdicio excesivo debido a que el rayo se descarta después de su uso y, por lo tanto, solo pueden tener una corriente extremadamente baja en comparación con los aceleradores de anillo. Esto limita la cantidad de datos recopilados durante un experimento. Un ERL como CBETA resuelve el problema de la calidad del haz bajo en anillos y de la corriente del haz bajo en aceleradores lineales, todo mientras conserva energía en comparación con sus predecesores ".

Los componentes más complejos de CBETA ya existen en Wilson Lab:la fuente de electrones de CC, el inyector de radiofrecuencia superconductora (SRF) linac, el cromódulo principal ERL y la parada del haz de alta potencia. Fueron diseñados construido y encargado en 10 años de financiación de la Fundación Nacional de Ciencias.

Dijo Karl Smolenski, ingeniero líder para el desarrollo de Cornell ERL:"Si tenemos éxito, será una gran cosa para la ciencia y la industria. Muchos departamentos y científicos diferentes podrán utilizar esta tecnología. También nos pondrá muy por delante en el mundo competitivo".