In de natuur, de kernreacties die sterren vormen gaan vaak gepaard met astronomisch grote hoeveelheden energie, soms over miljarden jaren. Dit vormt een uitdaging voor nucleaire astrofysici die deze reacties in een gecontroleerde, energiezuinige laboratoriumomgeving. De kansen om zo'n vonk opnieuw te creëren zonder doelen te bombarderen met stralen met hoge intensiteit zijn onpeilbaar laag. Echter, na recente renovaties aan het gaspedaal, een laboratorium rapporteerde recordbrekende prestaties.

Na zes jaar upgrades van de Electron Cyclotron Resonance Ion Source (ECRIS) in het Laboratorium voor Experimentele Nucleaire Astrofysica, een lid van het Nuclear Laboratory van Triangle Universities, onderzoekers van de University of North Carolina rapporteren verbeterde resultaten. In Beoordeling van wetenschappelijke instrumenten , de groep concentreerde zich op de versnellingskolom en het microgolfsysteem van het systeem, waardoor het veiliger is en een betere hoogspanningsbronstabiliteit en signaal-achtergrondverhouding oplevert.

"Wat veel mensen zich niet realiseren, is dat er niet echt iets op de markt is dat we gewoon kunnen kopen, " zei Andrew Cooper, een auteur op het papier en een van de hoofdontwerpers achter het project. "In plaats van miljoenen dollars te betalen [voor upgrades], we benaderden het als een uitdaging."

Toen de vorige ECRIS tot het uiterste werd gedreven, oververhitting zorgde ervoor dat de lijm tussen de voegen in het systeem smolt, een vacuümprobleem veroorzaken. Protonen zouden dan restgas ioniseren en elektronen vrijgeven die tijdens experimenten schadelijke remstraling uitzenden.

De onderzoekers begonnen in 2012 met het ontwerpen van de upgrades met hulp van andere groepen, waaronder Duke University en Neutron Therapeutics. De auteurs haalden in 2015 voor het eerst gegevens uit het verbeterde systeem en hebben sindsdien aanvullende upgrades doorgevoerd.

De upgrades omvatten het opnemen van een compressieontwerp en O-ringafdichtingen om een ​​voldoende vacuüm te garanderen. Parallelle weerstandskanalen van gekoeld, gedeïoniseerd water koelt het systeem af en laat het een spanningsgradiënt produceren. In de tussentijd, wisselende transversale magnetische veldsecties die intern langs de lengte van de kolom zijn geplaatst, vangen dwalende elektronen op en elimineren remstraling.

Een gepulseerd microgolfsysteem met een hoger vermogen en een axiaal instelbaar bundelextractiesysteem maken bundelpulsen gesynchroniseerd met verzamelapparaten. Hierdoor kon de groep de intensiteit van de protonenbundel verhogen tot een record van 3,5 milliampère zonder doelen te beschadigen. Bovendien, dit nieuwe systeem heeft de hoeveelheid achtergrondinterferentie van bronnen zoals ruimtestraling verminderd.

"Onze accelerator is in veel opzichten vrij uniek, " zei Cooper. "We hebben een slimme manier laten zien om achtergrond te verwijderen zonder een ondergronds systeem te bouwen."

Volgende, Cooper en zijn collega's proberen de kenmerken van het systeem verder te verkennen, inclusief hoe afstemmingsparameters de straling en intensiteit van de straal beïnvloeden, met als doel een doelbundelintensiteit van 10 milliampère te bereiken.