A sinistra:fotografia del film di litio liquido formatosi nella camera della linea di luce del FRIB. La superficie estremamente liscia del film di litio sembrava uno specchio. A destra:illustrazione corrispondente con etichette per chiarezza. Credito:struttura per fasci di isotopi rari
La Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) accelera i fasci di ioni pesanti con una potenza del fascio fino a 400 kilowatt in un obiettivo per creare isotopi rari per la ricerca scientifica. Uno stripper di carica svolge un ruolo essenziale in questo processo. Elimina elettroni aggiuntivi dal fascio di particelle cariche per accelerarlo in modo più efficiente.
Il raggio di FRIB è troppo potente per uno stripper di carica convenzionale in lamina di carbonio. Questo tipo di stripper di carica subirebbe gravi danni termici e da radiazioni, limitandone la durata e la potenza del fascio. Per ovviare a questo, FRIB ha sviluppato e dimostrato uno stripper di carica al litio liquido all'avanguardia. Dal momento che è auto-rigenerante, questo nuovo sverniciatore di carica è un eccellente dissipatore di calore e non può essere danneggiato dalle radiazioni.
Gli scienziati hanno considerato due progetti alternativi durante la progettazione dell'estrattore di carica di FRIB. Anche l'estrattore di carica a lamina di carbonio con le migliori prestazioni durerebbe solo sei ore al FRIB. Un altro tipo di stripper di carica auto-rigenerante è uno stripper di gas.
Sebbene questo possa durare indefinitamente, lo stato di carica del raggio dopo lo stripper di carica del gas è significativamente inferiore rispetto a quello dopo uno stripper di carica solida o liquida. Lo stato di carica dello ione è uguale al numero di elettroni rimossi da un atomo neutro. Maggiore è lo stato di carica, maggiore è l'accelerazione che l'acceleratore può fornire allo ione.
Uno stripper di carica al litio liquido ha un doppio vantaggio:può produrre uno stato di carica alto come uno stripper di carica solida e durare indefinitamente. Questa nuova tecnologia aiuterà FRIB ad accelerare i fasci di ioni pesanti fino a 400 kilowatt e aprirà nuove possibilità in vari altri sviluppi di acceleratori ad alta potenza.
Sono necessari impianti a fascio di ioni pesanti ad alta potenza come FRIB per consentire scoperte scientifiche fondamentali. FRIB consente agli scienziati di studiare le proprietà degli isotopi rari, l'astrofisica nucleare, le interazioni fondamentali e le applicazioni per la società, anche in medicina, sicurezza nazionale e industria. In tali acceleratori, gli stripper di carica svolgono un ruolo essenziale nell'accelerare efficacemente i raggi.
Tuttavia, il convenzionale stripper di carbonio è il collo di bottiglia, limitando la potenza del raggio. In questa ricerca, un film di litio liquido con uno spessore di 10-20 micrometri (circa un decimo dello spessore di un capello umano), che scorreva a più di 50 metri al secondo (180 chilometri all'ora o 112 miglia all'ora) era stabile formato nella linea di luce dell'acceleratore presso FRIB, una struttura utente dell'Office of Science del Dipartimento dell'Energia (DOE) presso la Michigan State University.
Alla pellicola sono stati applicati fasci di xeno, argon e uranio e ne sono state misurate la stabilità e la capacità di stripping. I risultati hanno mostrato che il film di litio era un efficace stripper di ioni pesanti anche con il raggio di uranio. Insieme al successo di un precedente esperimento dimostrativo ad alta potenza presso l'Argonne National Laboratory del DOE, la ricerca ha mostrato per la prima volta che lo stripper di carica al litio liquido può aumentare significativamente la potenza dell'acceleratore oltre il limite attuale.
La ricerca è pubblicata in Physical Review Letters . + Esplora ulteriormente
