Les scientifiques font un pas de plus vers la construction d'une source de faisceau d'électrons intense sans laser. En utilisant le laboratoire de source d'électrons à haute luminosité du laboratoire national de l'accélérateur Fermi du DOE, une équipe dirigée par le scientifique Luigi Faillace de RadiaBeam Technologies teste une cathode à nanotubes de carbone - de la taille d'un nickel - qui élimine complètement le besoin d'un système laser de la taille d'une pièce. Des tests avec la cathode à nanotubes ont produit des courants de faisceau mille à un million de fois supérieurs à celui généré avec un grand, système laser coûteux.

La technologie a de nombreuses applications dans les équipements médicaux et la sécurité nationale, puisqu'un faisceau d'électrons est un élément essentiel dans la génération de rayons X.

Alors que les cathodes de nanotubes de carbone ont été largement étudiées dans le milieu universitaire, Le Fermilab est la première installation à tester la technologie dans un cadre grandeur nature.

"Les gens en parlent depuis des années, " dit Philippe Piot, chercheur au Fermilab et professeur à la Northern Illinois University, "mais ce qui manquait, c'était un partenariat entre des gens qui ont le savoir-faire dans un laboratoire, une université et une entreprise."

Le Fermilab a été sollicité pour tester la cathode expérimentale en raison de sa capacité et de son expertise à gérer des faisceaux d'électrons intenses, l'un des rares laboratoires pouvant soutenir ce projet. Une subvention de recherche sur l'innovation pour les petites entreprises du département de l'Énergie des États-Unis finance la collaboration RadiaBeam-Fermilab.

La nouvelle cathode apparaît au premier coup d'œil comme un bouton noir lisse, mais à l'échelle nanométrique, il ressemble, selon les mots de Piot, "des millions de paratonnerres." Lorsqu'un fort champ électrique est appliqué, il tire des flux d'électrons de la surface de la cathode, créer le faisceau d'électrons. La résistance exceptionnelle des nanotubes de carbone évite la destruction de la cathode.

Traditionnellement, les scientifiques des accélérateurs utilisent des lasers pour frapper des cathodes afin d'éjecter des électrons par photoémission. Les champs électriques et magnétiques de l'accélérateur de particules organisent alors les électrons en un faisceau. La cathode nanotube testée ne nécessite aucun laser :il suffit du champ électrique déjà généré par un accélérateur pour siphonner les électrons, un processus appelé émission de champ.