Los aceleradores de partículas son los motores de la investigación en física de partículas en Fermilab. Generan casi la velocidad de la luz, partículas subatómicas que los científicos estudian para llegar al fondo de lo que hace que nuestro universo funcione. Los experimentos de fermilab se basan en varios aceleradores diferentes, incluyendo un poderoso, Acelerador lineal de 500 pies de largo que pone en marcha el proceso de envío de haces de partículas a varios destinos.

Pero si no estás investigando física, ¿para qué sirve un acelerador?

Resulta, bastante:los haces de electrones generados por aceleradores lineales tienen todo tipo de usos prácticos, como hacer que los cables utilizados en los automóviles sean resistentes al derretimiento o purificar el agua.

Un proyecto llamado Desarrollo y demostración de aplicaciones de aceleradores (A2D2) en el Centro de investigación de aceleradores de Illinois de Fermilab ayudará a Fermilab y a sus socios a explorar nuevas aplicaciones para aceleradores lineales compactos, que tienen solo unos pocos pies de largo en lugar de unos pocos cientos. Estos aceleradores compactos son de especial interés debido a su pequeño tamaño (son más baratos y más prácticos de construir en un entorno industrial que los aceleradores de investigación de física de partículas) y pueden ser más poderosos que nunca.

"A2D2 tiene dos aspectos:uno es investigar nuevas aplicaciones de cómo los haces de electrones podrían usarse para cambiar, modificar o procesar diferentes materiales, "dijo Tom Kroc de Fermilab, un físico A2D2. "El segundo es contribuir un poco más a la comprensión de cómo ocurren estos procesos".

Para desarrollar estos aspectos de las aplicaciones del acelerador, A2D2 empleará un acelerador lineal compacto que alguna vez se usó en un hospital para tratar tumores con haces de electrones. Con algunas actualizaciones para aumentar su poder, el acelerador A2D2 estará listo para embarcarse en una nueva empresa:explorar y comparar otros usos posibles de los haces de electrones, que ayudará a especificar el diseño de un nuevo, grado industrial, máquina de alta potencia en desarrollo por IARC y sus socios.

No serán solo los científicos del Fermilab que utilicen el acelerador A2D2:como parte de IARC, el acelerador estará disponible para su uso (generalmente a través de un acuerdo formal CRADA o SPP) por cualquier persona que tenga una idea novedosa para aplicaciones de haz de electrones. El propósito de la IARC es asociarse con la industria para explorar formas de traducir la investigación y las herramientas básicas, incluida la investigación de aceleradores, en aplicaciones comerciales.

"Ya tengo a mucha gente de la industria preguntándome, '¿Cuándo puedo usar A2D2?' ", Dijo Charlie Cooper, gerente general de IARC. "A2D2 nos permitirá contribuir directamente a las aplicaciones industriales; es algo concreto que ahora ofrece la IARC".

Hablando de hormigón, Una de las primeras aplicaciones en mente para los aceleradores lineales compactos es crear un pavimento duradero para carreteras que no se agriete con el frío ni se extienda con el calor. Esto podría lograrse reemplazando el asfalto tradicional con un material que podría fortalecerse usando un acelerador. La fuerza extra vendría de la reticulación, un proceso que crea enlaces entre capas de material, casi como aplicar pegamento entre hojas de papel. Una sola hoja de papel se rasga fácilmente, pero cuando dos o más capas están unidas por pegamento, el papel se vuelve más fuerte.

"Usando aceleradores, podrías tener un pavimento que dure más, es más resistente y tiene un rango de temperatura más amplio, "dijo Bob Kephart, director de IARC. Kephart posee dos patentes para el proceso de curado del cemento mediante reticulación. "Básicamente, dejarías el camino como lo haces ahora, y pasarías un acelerador por encima, y de repente lo convertías en cosas realmente difíciles, como el forro de la caja en la parte trasera de tu camioneta ".

Este proceso ya ha llamado la atención del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., que será uno de los primeros socios de A2D2. Otro socio será el Distrito Metropolitano de Recuperación de Agua de Chicago, que pondrá a prueba la utilidad de los aceleradores compactos para la purificación de agua. Muchos otros clientes potenciales están haciendo cola para utilizar la plataforma tecnológica A2D2.

"Básicamente, puede impulsar reacciones químicas con haces de electrones y, en muchos casos, pueden ser más eficientes que la tecnología convencional. por lo que hay una variedad de aplicaciones, ", Dijo Kephart." Por lo general, lo que tienes que hacer es hacer un lote de algo y calentarlo para que se produzca una reacción. Un haz de electrones puede hacer que ocurra una reacción al romper un enlace con un solo electrón ".

En otras palabras, en lugar de tener que cocinar un material durante mucho tiempo para alcanzar un calor específico que induciría una reacción química, podría golpearlo con un haz de electrones para obtener el mismo efecto en una fracción del tiempo.

Además de explorar las nuevas aplicaciones de haz de electrones con el acelerador A2D2, Los científicos e ingenieros de IARC están utilizando tecnología de aceleración de vanguardia para diseñar y construir un nuevo tipo de portátil, acelerador compacto, uno que sacará las aplicaciones descubiertas con A2D2 del laboratorio y las llevará al campo. El acelerador A2D2 ya es pequeño en comparación con la mayoría de los aceleradores, pero la última investigación y desarrollo permite a los expertos de la IARC reducir el tamaño y aumentar aún más la potencia del acelerador propuesto.

"El nuevo, acelerador compacto que estamos desarrollando será de alta potencia y alta energía para la industria, "Dijo Cooper." Esto permitirá algunas cosas que no eran posibles en el pasado. Para algo como la limpieza ambiental, podría llevar el acelerador directamente al sitio ".

Mientras el equipo de IARC desarrolla este acelerador portátil, que debería poder caber en un remolque estándar, el acelerador A2D2 seguirá siendo un lugar para experimentar con el uso de haces de electrones y estudiar qué sucede cuando lo hace.

"El objetivo de esta instalación es más desarrollo que investigación, sin embargo, habrá algunas investigaciones sobre muestras irradiadas, "dijo Mike Geelhoed de Fermilab, uno de los líderes del proyecto A2D2. "Todos estamos emocionados, al menos yo. Nosotros y nuestros socios hemos estado anticipando esta máquina desde hace algún tiempo. Todos queremos ver qué tan bien puede funcionar".