De Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) versnelt zware-ionenbundels met een bundelvermogen tot 400 kilowatt tot een doelwit om zeldzame isotopen voor wetenschappelijk onderzoek te creëren. Een ladingstripper speelt een essentiële rol in dit proces. Het stript extra elektronen van de geladen deeltjesbundel om deze efficiënter te versnellen.

De straal van FRIB is te krachtig voor een conventionele ladingstripper van koolstoffolie. Dit type ladingstripper zou ernstige thermische en stralingsschade oplopen, waardoor de levensduur en het bundelvermogen worden beperkt. Om dit te verhelpen heeft FRIB een ultramoderne vloeistof-lithium-ladingsstripper ontwikkeld en gedemonstreerd. Omdat hij zichzelf aanvult, is deze nieuwe ladingstripper een superieure warmteverwijderaar en kan hij niet worden beschadigd door straling.

Wetenschappers hebben twee alternatieve ontwerpen overwogen bij het ontwerpen van FRIB's ladingstripper. Zelfs de best presterende koolfolie-afbijtstripper zou bij FRIB maar zes uur meegaan. Een ander type zelfaanvullende ladingstripper is een gasstripper.

Hoewel dit voor onbepaalde tijd kan duren, is de ladingstoestand van de bundel na de gasladingsstripper aanzienlijk lager dan na een vaste of vloeibare ladingsstripper. De ladingstoestand van het ion is gelijk aan het aantal elektronen verwijderd uit een neutraal atoom. Hoe hoger de ladingstoestand, hoe meer versnelling het gaspedaal kan leveren aan het ion.

Een vloeibaar-lithium-ladingsstripper heeft een dubbel voordeel:het kan een even hoge ladingstoestand produceren als een vaste ladingsstripper en voor onbepaalde tijd meegaan. Deze nieuwe technologie zal FRIB helpen om bundels van zware ionen tot 400 kilowatt te versnellen en nieuwe mogelijkheden te openen in verschillende andere ontwikkelingen op het gebied van high-power acceleratoren.

Krachtige, zware-ionenbundelfaciliteiten zoals FRIB zijn nodig om fundamentele nucleaire wetenschappelijke ontdekkingen mogelijk te maken. FRIB stelt wetenschappers in staat om eigenschappen van zeldzame isotopen, nucleaire astrofysica, fundamentele interacties en toepassingen voor de samenleving te bestuderen, waaronder in de geneeskunde, binnenlandse veiligheid en de industrie. In dergelijke versnellers spelen ladingsstrippers een essentiële rol bij het effectief versnellen van de bundels.

De conventionele koolstofstripper is echter het knelpunt en beperkt het bundelvermogen. In dit onderzoek was een vloeibare lithiumfilm met een dikte van 10-20 micrometer (ongeveer een tiende van de dikte van een mensenhaar), die vloeide met meer dan 50 meter per seconde (180 kilometer per uur of 112 mijl per uur), stabiel gevormd in de versnellerbundellijn bij FRIB, een gebruikersfaciliteit van het Department of Energy (DOE) Office of Science aan de Michigan State University.

Xenon-, argon- en uraniumbundels werden op de film aangebracht en de stabiliteit en het stripvermogen ervan werden gemeten. De resultaten toonden aan dat de lithiumfilm een ​​effectieve stripper voor zware ionen was, zelfs met de uraniumstraal. Samen met het succes van een eerder krachtig demonstratie-experiment in het Argonne National Laboratory van DOE, toonde het onderzoek voor het eerst aan dat de vloeibaar-lithium-ladingsstripper het gaspedaal aanzienlijk kan verhogen tot voorbij de huidige limiet.

Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters . + Verder verkennen

Techniek kan leiden tot protonenbundels met een aanzienlijk hoger vermogen die worden gebruikt om moeilijke wetenschappelijke vragen te beantwoorden