Los globos pueden ayudar a crear un espacio perfecto para una fiesta. Ahora también pueden ayudar cuando se trata de acelerar partículas a una velocidad cercana a la de la luz.

El uso innovador de globos proporciona una nueva, Manera patentada para que los ingenieros den forma al corazón metálico de los aceleradores de partículas.

Muchos aceleradores de partículas utilizan estructuras llamadas cavidades, que proporcionan la patada necesaria para acelerar las partículas a energías cada vez más altas a medida que las partículas se mueven una tras otra. Situado en el interior de un acelerador y enfriado por una capa que contiene helio líquido, las cavidades deben tener la forma y el tamaño adecuados para impulsar las partículas a las energías deseadas. Incluso pequeñas diferencias en la forma de estas cámaras metálicas provocan grandes diferencias en los campos eléctricos que se generan dentro de las cavidades para empujar las partículas a mayores velocidades.

Frente a una cavidad en particular que estaba demasiado deformada para usarla e inaccesible debido a su caparazón de metal, Los ingenieros del Fermilab, Mohamed Hassan y Donato Passarelli, tuvieron una idea:¿Qué pasaría si pudieras remodelar una cavidad sin quitar el caparazón circundante? Se fueron a trabajar desarrollando un proceso innovador llamado ajuste de globo.

"Espero que el ajuste de globos sea un ejemplo para la comunidad de aceleradores, que deberíamos pensar fuera de la caja y no siempre ceñirnos a la técnica estándar y común, "dijo Passarelli.

El proceso de ajuste de globo patentado es una nueva opción en el conjunto de técnicas utilizadas para preparar las cavidades antes de que se instalen en un acelerador.

La mayoría de las cavidades de aceleración son una serie de células huecas que parecen una hebra gigante de cuentas de metal. Antes de instalar cualquier cavidad, se prueba y ajusta cuidadosamente utilizando una máquina automatizada que agarra los bordes de cada celda para hacerlas pequeñas, ajustes precisos:un pequeño empujón aquí, un poco de estiramiento allí. El proceso continúa hasta que la cavidad se ajusta de modo que, una vez que la cavidad está en funcionamiento dentro de un acelerador, está en forma para producir el campo eléctrico perfecto para propulsar partículas cargadas.

Pero antes de que se puedan instalar la mayoría de las cavidades, también deben estar equipados con una camisa de metal para que la cavidad se pueda enfriar a temperaturas extremadamente bajas con helio líquido. Después, la única manera fácil de aplicar fuerzas a las celdas es empujar o tirar de los extremos de la cavidad, en lugar de apuntar a cada celda individualmente. Si una cavidad se deforma durante o después del proceso de ponerse la chaqueta, el método de afinación tradicional no se puede aplicar sin cortar la chaqueta de metal, un laborioso, tarea que requiere mucho tiempo.

Hassan y Passarelli comenzaron a contemplar este desafío después de que una vieja cavidad de prueba se deformara durante una prueba de presión.

"Después de la prueba de presión, Estaba decidido a encontrar una manera de arreglar esta cavidad y pensé:'¿Por qué no acceder a él desde el interior, ¿Cuál es accesible incluso con una chaqueta? '", dijo Hassan.

La necesidad de aplicar la fuerza dentro de las cavidades sin rayar la superficie interna o introducir niveles inaceptables de contaminación los llevó a utilizar globos especialmente diseñados hechos de nailon engomado.

Una bomba llena cada globo con aire hasta que aplica aproximadamente dos bares de presión, un poco menos de lo que se recomienda para los neumáticos de automóvil estándar. Esta no es suficiente presión para remodelar una celda de cavidad por sí sola, pero esa presión puede usarse para influir en qué celda se deforma cuando se aplican fuerzas a los extremos de una cavidad a temperatura ambiente. Los globos te permiten seleccionar una celda en particular, ya sea estirándolo o apretándolo.

Si es necesario estirar una celda en particular, un globo inflado en su interior proporciona un empujón adicional para que se expanda a medida que se separan las bridas. Mientras que si es necesario apretar una celda, una serie de globos puede soportar todas las demás celdas cuando los dos extremos se juntan.

Los ingenieros y su equipo demostraron el concepto ajustando una cavidad sin cubierta. Luego dirigieron su atención a la cavidad deformada que los había inspirado a desarrollar el proceso. Lograron devolverlo a su estado utilizable.

"El ajuste del globo será una buena herramienta adicional para la producción de cavidades que puede ahorrar bastante dinero y tiempo, "Dijo Hassan.

Las cavidades de alto rendimiento son componentes cruciales en el próximo acelerador PIP-II de Fermilab y el láser de rayos X LCLS-II del SLAC National Accelerator Laboratory, y son una parte importante de un proyecto actual de Fermilab para extender el tiempo que un qubit puede mantener información.

La técnica de ajuste del globo fue patentada recientemente, Acelerando a través de la oficina de patentes en un tiempo récord para Fermilab, dijo Aaron Sauers, el ejecutivo de licencias y patentes del laboratorio.

"Mohamed y Donato desarrollaron un método y un aparato realmente hermosos para afinar cavidades vestidas, ", Dijo Sauers." Estaba emocionado de presentar la solicitud de patente sobre su invención ".

Hassan y Passarelli ven el ajuste automático del globo como una posibilidad, lo que podría hacer que su uso sea tan cómodo como el método actual para las cavidades sin cubierta. La técnica también puede encontrar aplicaciones en otros campos que utilizan cavidades similares.

"La esperanza es que las personas que vean esta idea se inspiren y adapten o utilicen esta técnica en su propia aplicación, "Dijo Passarelli.