Установка для пучков редких изотопов (FRIB) ускоряет пучки тяжелых ионов мощностью до 400 киловатт в цель для создания редких изотопов для научных исследований. Важную роль в этом процессе играет устройство для снятия заряда. Он удаляет дополнительные электроны из пучка заряженных частиц, чтобы ускорить его более эффективно.
Луч FRIB слишком мощный для обычного съемника заряда из углеродной фольги. Этот тип съемника заряда будет страдать от серьезных тепловых и радиационных повреждений, что ограничивает его срок службы и мощность луча. Чтобы решить эту проблему, FRIB разработала и продемонстрировала современную установку для снятия заряда с жидким литием. Поскольку он самовосстанавливающийся, этот новый съемник заряда является превосходным отводом тепла и не может быть поврежден радиацией.
Ученые рассмотрели две альтернативные конструкции при разработке съемника заряда FRIB. Даже самое эффективное устройство для снятия заряда из углеродной фольги проработает в FRIB всего шесть часов. Другим типом десорбера с самовосполнением заряда является газовый десорбер.
Хотя это может продолжаться бесконечно, состояние заряда пучка после отпарной колонны с газовым зарядом значительно ниже, чем после отпарной колонны с твердым или жидким зарядом. Зарядовое состояние иона равно количеству электронов, удаленных с нейтрального атома. Чем выше уровень заряда, тем большее ускорение иону может дать ускоритель.
Устройство для снятия заряда с жидким литием имеет двойное преимущество: оно может создавать такое же высокое состояние заряда, как и устройство для снятия твердого заряда, и работать неограниченное время. Эта новая технология поможет FRIB ускорить пучки тяжелых ионов до 400 киловатт и откроет новые возможности в различных других разработках мощных ускорителей.
Для фундаментальных открытий в области ядерной науки необходимы мощные установки с пучками тяжелых ионов, такие как FRIB. FRIB позволяет ученым изучать свойства редких изотопов, ядерную астрофизику, фундаментальные взаимодействия и приложения для общества, в том числе в медицине, национальной безопасности и промышленности. В таких ускорителях съемники заряда играют важную роль в эффективном ускорении пучков.
Однако узким местом, ограничивающим мощность луча , является обычный угольный стриппер . В этом исследовании жидкая литиевая пленка толщиной 10–20 микрометров (примерно одна десятая толщины человеческого волоса), текущая со скоростью более 50 метров в секунду (180 километров в час или 112 миль в час), стабильно перемещалась. сформирован на линии ускорителя в FRIB, пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики (DOE) в Мичиганском государственном университете.
На пленку воздействовали лучами ксенона, аргона и урана и измеряли ее стабильность и способность к отслаиванию. Результаты показали, что литиевая пленка эффективно удаляет тяжелые ионы даже при использовании пучка урана. Наряду с успехом более раннего демонстрационного эксперимента с большой мощностью в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики, исследование впервые показало, что устройство для снятия заряда с жидким литием может значительно увеличить мощность ускорителя сверх существующего предела.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
