Los científicos e ingenieros de Fermilab han logrado un resultado histórico en un esfuerzo continuo para diseñar y construir compactos, aceleradores de partículas portátiles. Nuestro grupo demostró con éxito una nueva, forma eficiente de enfriar los componentes del acelerador superconductor, reducir la mayor parte de la infraestructura de refrigeración tradicional necesaria para esta tecnología.

La importancia de este avance es evidente si camina por el sitio de Fermilab. Realmente no te lo puedes perder:los aceleradores de partículas diseñados para el descubrimiento son grandes máquinas. Se extienden por cientos de metros, incluso kilómetros. También requieren una infraestructura grande y compleja, que restringe su uso principalmente a los laboratorios de investigación científica.

Y todavía, Los aceleradores de partículas son herramientas muy útiles fuera de los laboratorios de investigación científica. Tienen aplicaciones en seguridad, medicamento, fabricación, y carreteras. Y su impacto podría ser aún mayor si pudiéramos hacer compactas estas máquinas tradicionalmente gigantes. Miniaturizarlos. Diseñe aceleradores de alta potencia que encajen, literalmente, dentro de la parte trasera de un camión.

En Fermilab, disfrutamos con estos desafíos prácticos de la física. Y el mes pasado nuestro equipo estuvo a la altura del desafío, logrando un hito importante en nuestra búsqueda para lograr poderosos, aceleradores compactos que repercuten en nuestro día a día. El equipo central incluía a Ram Dhuley, Michael Geelhoed, Sam Posen y Charles Thangaraj.

Combinando un entusiasmo por la practicidad con la ciencia de vanguardia, nuestro equipo demostró con éxito una nueva, método revolucionario para enfriar la cavidad de un acelerador superconductor sin utilizar helio líquido, contradictorio para la mayoría en la ciencia de los aceleradores.

Este nuevo método, basado en una idea de Fermilab patentada hace cinco años, utiliza refrigeradores criogénicos, o refrigeradores criogénicos, para eliminar el calor disipado por una cavidad de acelerador superconductor. Al comprimir y expandir el gas helio a través de un intercambiador de calor regenerativo en un ciclo "cerrado", los enfriadores criogénicos producen enfriamiento sin dejar salir el helio. Esta operación de ciclo cerrado de los enfriadores criogénicos hace que nuestro sistema sea muy compacto, más que el equipo de enfriamiento de helio líquido estándar utilizado por las cavidades de acelerador tradicionales.

Las cavidades superconductoras son componentes cruciales en los aceleradores de partículas, impulsando el haz de partículas a energías más altas dándole un empuje electromagnético. Usamos una cavidad de niobio de 650 megahercios, y todos observamos con orgullo los primeros resultados exitosos obtenidos con nuestro nuevo método:un gradiente de acelerador de 6,6 millones de voltios por metro. Eso ya es suficiente para las aplicaciones que tenemos en mente, y todavía, sabemos que podemos hacerlo mejor.

Las cavidades superconductoras utilizadas en aceleradores grandes generalmente se enfrían a alrededor de 2 kelvin, más frío que los 2,7 kelvin (menos 455 grados Fahrenheit) del espacio exterior. La forma típica de lograr esto es sumergiendo las cavidades en helio líquido y bombeando el helio para reducir su presión. y por tanto su temperatura. Todo esto requiere sistemas criogénicos grandes y complejos, un factor que limita severamente la portabilidad y, por lo tanto, las aplicaciones potenciales de los aceleradores superconductores en entornos industriales y de otro tipo.

Nuestro equipo rompió esta barrera al realizar con éxito una técnica conceptualizada por el físico del Fermilab Bob Kephart, ahora jubilado. La técnica propuesta para hacer prácticos los aceleradores superconductores 1) recubriendo una capa delgada de un material llamado niobio-estaño en el interior de las cavidades de niobio, y 2) enfriar las cavidades recubiertas usando crioenfriadores a través de enlaces de conducción que conectan los dos. La configuración de la cavidad del refrigerador criogénico prescinde de un baño de líquido criogénico y de cualquier necesidad de una planta criogénica para lograr la superconductividad.

La demostración también muestra cómo este método podría simplificar los aceleradores superconductores y hacerlos accesibles para necesidades más amplias más allá de la ciencia básica:mejores pavimentos, tratamiento de aguas residuales, esterilización de dispositivos médicos, y fabricación avanzada.

Aplicar los avances científicos en Fermilab y transformarlos para resolver desafíos fuera de la ciencia fundamental implica un pensamiento empresarial sistemático:identificar una oportunidad y hacer y responder una gran cantidad de preguntas para validar la oportunidad. Un gran valor en todo esto es convertir la inversión del DOE en ciencia y tecnología en innovación que podría permitir el surgimiento de nuevas industrias.

En Fermilab, Continuaremos aplicando nuestras tecnologías de vanguardia para aplicaciones novedosas más allá de la ciencia del descubrimiento. Este gran avance es un paso emocionante en esa dirección, y continuaremos empujando el sobre.