Dans la nature, les réactions nucléaires qui forment les étoiles sont souvent accompagnées de quantités d'énergie astronomiquement élevées, parfois sur des milliards d'années. Cela représente un défi pour les astrophysiciens nucléaires qui tentent d'étudier ces réactions de manière contrôlée, laboratoire à faible consommation d'énergie. Les chances de recréer une telle étincelle sans bombarder les cibles avec des faisceaux de haute intensité sont incroyablement faibles. Cependant, après les récentes rénovations de son accélérateur, un laboratoire a signalé des performances record.

Après six années de mise à niveau de la source d'ions à résonance cyclotron électronique (ECRIS) au Laboratoire d'astrophysique nucléaire expérimentale, membre du Laboratoire Nucléaire des Universités Triangle, des chercheurs de l'Université de Caroline du Nord rapportent des résultats améliorés. Dans Examen des instruments scientifiques , le groupe s'est concentré sur la colonne d'accélération et le système hyperfréquence du système, le rendant plus sûr et offrant une meilleure stabilité de la source haute tension et un meilleur rapport signal sur fond.

"Ce que beaucoup de gens ne réalisent pas, c'est qu'il n'y a vraiment rien qui existe sur le marché pour cela que nous puissions simplement acheter, " a déclaré Andrew Cooper, un auteur sur le papier et l'un des principaux concepteurs du projet. "Plutôt que de payer des millions de dollars [pour les mises à niveau], nous l'avons abordé comme un défi."

La précédente ECRIS étant poussée à ses limites, la surchauffe a fait fondre la colle entre les joints du système, provoquant un problème de vide. Les protons ioniseraient alors le gaz résiduel et libéreraient des électrons qui émettent un rayonnement de bremsstrahlung nocif pendant les expériences.

Les chercheurs ont commencé à concevoir les mises à niveau en 2012 avec l'aide d'autres groupes, notamment Duke University et Neutron Therapeutics. Les auteurs ont d'abord obtenu des données du système amélioré en 2015 et ont depuis effectué des mises à niveau supplémentaires.

Les mises à niveau comprenaient l'incorporation d'une conception de compression et de joints toriques pour assurer un vide adéquat. Canaux de résistance parallèles de réfrigérés, l'eau déminéralisée refroidit le système et lui permet de produire un gradient de tension. Pendant ce temps, des sections de champ magnétique transversal alternées placées à l'intérieur le long de la longueur de la colonne capturent les électrons errants et éliminent le rayonnement de bremsstrahlung.

Un système de micro-ondes pulsées de plus grande puissance et un système d'extraction de faisceau réglable axialement permettent une impulsion de faisceau synchronisée avec des dispositifs de collecte. Cela a permis au groupe d'augmenter l'intensité du faisceau de protons à un record de 3,5 milliampères sans endommager les cibles. De plus, ce nouveau système a réduit la quantité d'interférences de fond environnementales provenant de sources telles que le rayonnement spatial.

"Notre accélérateur est assez unique à bien des égards, ", a déclaré Cooper. "Nous avons montré un moyen intelligent de supprimer l'arrière-plan sans construire un système souterrain."

Ensuite, Cooper et ses collègues cherchent à explorer davantage les caractéristiques du système, y compris comment les paramètres de réglage affectent l'émissivité et l'intensité du faisceau, dans le but d'atteindre une intensité de faisceau cible de 10 milliampères.