Gli scienziati sono un passo avanti verso la costruzione di un'intensa sorgente di fascio di elettroni senza un laser. Utilizzando il laboratorio di sorgenti di elettroni ad alta luminosità presso il Fermi National Accelerator Laboratory del DOE, un team guidato dallo scienziato Luigi Faillace di RadiaBeam Technologies sta testando un catodo di nanotubi di carbonio, delle dimensioni di un nichel, che elimina completamente la necessità di un sistema laser delle dimensioni di una stanza. I test con il catodo a nanotubi hanno prodotto correnti di fascio da mille a un milione di volte superiori a quelle generate con un grande, costoso sistema laser.

La tecnologia ha ampie applicazioni nelle apparecchiature mediche e nella sicurezza nazionale, poiché un fascio di elettroni è un componente critico nella generazione di raggi X.

Mentre i catodi di nanotubi di carbonio sono stati ampiamente studiati nel mondo accademico, Fermilab è la prima struttura a testare la tecnologia in un ambiente completo.

"La gente ne parla da anni, " ha detto Philippe Piot, scienziato dello staff del Fermilab e professore alla Northern Illinois University, "ma quello che mancava era una partnership tra persone che hanno il know-how in un laboratorio, un'università e un'azienda».

Fermilab è stato richiesto per testare il catodo sperimentale a causa della sua capacità e competenza nel gestire fasci di elettroni intensi, uno dei relativamente pochi laboratori in grado di supportare questo progetto. Una sovvenzione per la ricerca sull'innovazione delle piccole imprese del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti finanzia la collaborazione RadiaBeam-Fermilab.

Il nuovo catodo appare a prima vista come un liscio bottone nero, ma su scala nanometrica assomiglia, nelle parole di Piot, "milioni di parafulmini". Quando viene applicato un forte campo elettrico, attira flussi di elettroni dalla superficie del catodo, creando il fascio di elettroni. L'eccezionale forza dei nanotubi di carbonio impedisce la distruzione del catodo.

Tradizionalmente, gli scienziati degli acceleratori usano i laser per colpire i catodi al fine di espellere gli elettroni attraverso la fotoemissione. I campi elettrico e magnetico dell'acceleratore di particelle organizzano quindi gli elettroni in un fascio. Il catodo a nanotubi testato non necessita di laser:serve solo il campo elettrico già generato da un acceleratore per sottrarre gli elettroni, un processo chiamato emissione di campo.