Deeltjesversnellers zijn gemaakt van structuren die holtes worden genoemd, die energie geven aan de deeltjesbundel, het naar voren schoppen. Een type holte is de supergeleidende radiofrequentie, of SRF, holte. Meestal gemaakt van niobium, SRF-holtes vereisen extreme kou om te werken. Een Fermilab-team ontwikkelde een nieuwe manier om SRF-holtes te koelen zonder vloeibaar helium. Het nieuwe systeem is eenvoudiger te bedienen en eenvoudiger te construeren.

Elektronenstralen kunnen helpen om water schoon te maken en wegen te repareren. De barrière is de behoefte aan ultrakoud vloeibaar helium. Voor de eerste keer, een team heeft een supergeleidende versnellerholte gekoeld zonder vloeibaar helium. Het vervangen van vloeibaar helium door plug-and-play-apparaten, cryocoolers genaamd, zou SRF-technologie beschikbaar kunnen maken voor de industrie. Energiezuinige SRF-versnellers kunnen elektronenstralen met een hoog gemiddeld vermogen leveren. De balken kunnen materialen versterken, reconstrueer asfaltverharding, afvalwater behandelen, en meer.

Alle SRF-deeltjesversnellers tot nu toe gebruiken vloeibaar helium om de extreem lage temperaturen te handhaven die nodig zijn voor het in stand houden van supergeleiding. De operatie met vloeibaar helium vereist een complexe infrastructuur:een vloeibaarmakingsinstallatie, distributielijnen, gasterugwinning, zuiveringssystemen, en holte-cryomodules die bestand zijn tegen hoge druk. Er zijn ook veiligheidsrisico's verbonden aan de werking van het vloeibare helium. Hoewel een dergelijke infrastructuur geschikt is voor grootschalige onderzoeksversnellers, het kan te complex en te duur zijn voor industriële toepassingen.

Voor de eerste keer, een team van Fermilab's Illinois Accelerator Research Center heeft een versnellende holte gekoeld tot cryogene temperaturen zonder het gebruik van vloeibaar helium. Ze bereikten dit door een holte aan te sluiten op een in de handel verkrijgbare cryokoeler, met behulp van een door Fermilab gepatenteerde technologie.

Het aansluiten van de holte op de cryokoeler was een grote uitdaging die het onderzoeken van verschillende materialen en het ontwerpen van aangepaste componenten vereiste. Het team produceerde niobiumgeleidingsringen en verbond ze met de holte van de holte met behulp van elektronenstraallassen. Ze ontwikkelden ook niobium-aluminiumverbindingen waardoor warmte gemakkelijk van de holte naar de cryokoeler kon stromen. Om warmte in de holte te genereren, het team gebruikte een eenvoudige plug-and-play radiofrequentiedriver, zoals in laboratoriumversnellers.

Binnen SRF-holtes worden elektromagnetische gradiënten gegenereerd; sterkere gradiënten geven meer energie aan de bundel. Deze allereerste cryogeenvrije operatie produceerde een gradiënt van 0,5 MV/m op een eencellige, Niobiumholte van 650 MHz. Onderzoekers van Fermilab zijn van plan om binnenkort gradiënten tot 10 MV/m te bereiken door cryokoelers met een hogere capaciteit te gebruiken en te profiteren van andere recente ontwikkelingen in holtetechnologie. Het team onderzoekt de toepassing van conductiekoelingstechnologie op hogere frequenties, meercellige holtes, en andere radiofrequentiestructuren.