In natura, le reazioni nucleari che formano le stelle sono spesso accompagnate da quantità di energia astronomicamente elevate, a volte per miliardi di anni. Ciò rappresenta una sfida per gli astrofisici nucleari che cercano di studiare queste reazioni in modo controllato, ambiente di laboratorio a bassa energia. Le possibilità di ricreare una tale scintilla senza bombardare bersagli con raggi ad alta intensità sono insondabilmente basse. Però, dopo i recenti lavori di ristrutturazione al suo acceleratore, un laboratorio ha riportato prestazioni da record.

Dopo sei anni di aggiornamenti alla sorgente ionica a risonanza ciclotrone elettronica (ECRIS) presso il Laboratorio di astrofisica nucleare sperimentale, un membro del Laboratorio nucleare delle Università del Triangolo, i ricercatori della University of North Carolina riportano risultati migliori. In Rassegna di strumenti scientifici , il gruppo si è concentrato sulla colonna di accelerazione del sistema e sul sistema a microonde, rendendolo più sicuro e producendo una migliore stabilità della sorgente ad alta tensione e un rapporto segnale-sfondo.

"Quello di cui molte persone non si rendono conto è che non esiste davvero nulla sul mercato per questo che possiamo semplicemente acquistare, " ha detto Andrew Cooper, un autore sulla carta e uno dei lead designer dietro il progetto. "Piuttosto che pagare milioni di dollari [per gli aggiornamenti], l'abbiamo affrontata come una sfida".

Poiché il precedente ECRIS è stato spinto al limite, il surriscaldamento ha causato la fusione della colla tra i giunti del sistema, provocando un problema di vuoto. I protoni quindi ionizzerebbero il gas residuo e rilascerebbero elettroni che emettono radiazioni bremsstrahlung dannose durante gli esperimenti.

I ricercatori hanno iniziato a progettare gli aggiornamenti nel 2012 con l'aiuto di altri gruppi, tra cui la Duke University e la Neutron Therapeutics. Gli autori hanno ottenuto per la prima volta i dati dal sistema migliorato nel 2015 e da allora hanno effettuato ulteriori aggiornamenti.

Gli aggiornamenti includevano l'incorporazione di un design a compressione e guarnizioni O-ring per garantire un vuoto adeguato. Canali di resistenza paralleli di refrigerati, l'acqua deionizzata raffredda il sistema e gli consente di produrre un gradiente di tensione. Nel frattempo, sezioni di campo magnetico trasversali alternate posizionate internamente lungo la lunghezza della colonna catturano gli elettroni erranti ed eliminano la radiazione di bremsstrahlung.

Un sistema a microonde pulsato ad alta potenza e un sistema di estrazione del raggio regolabile assialmente consentono l'impulso del raggio sincronizzato con i dispositivi di raccolta. Ciò ha consentito al gruppo di aumentare l'intensità del fascio di protoni a un valore record di 3,5 milliampere senza danneggiare i bersagli. Inoltre, questo nuovo sistema ha ridotto la quantità di interferenze ambientali di fondo da fonti come le radiazioni spaziali.

"Il nostro acceleratore è piuttosto unico in molti modi, " ha detto Cooper. "Abbiamo mostrato un modo intelligente per rimuovere lo sfondo senza costruire un sistema sotterraneo".

Prossimo, Cooper e i suoi colleghi cercano di esplorare ulteriormente le caratteristiche del sistema, compreso il modo in cui i parametri di sintonizzazione influenzano l'emissione e l'intensità del raggio, con l'obiettivo di raggiungere un'intensità del fascio target di 10 milliampere.