Линия HERACLES для ускорения катодных исследований

Аспирант Сэм Левенсон (слева) и научный сотрудник CLASSE Мэтт Андорф демонстрируют луч HERACLES в лаборатории Ньюмана.

Корнеллский университет открывает новые горизонты в исследованиях электронных лучей с помощью линии HERACLES, современной электронной пушки, имитирующей суровые условия крупнейших в мире коллайдеров частиц.

Первоначально разработанная в рамках университетской программы линейного ускорителя с восстановлением энергии, электронная пушка, лежащая в основе HERACLES (высокий средний ток электронов для пожизненных экспериментов), позволяет исследователям лаборатории Ньюмана изучать катоды, которые можно использовать во всем, от производства полупроводников до предлагаемых электронных технологий. -ионный коллайдер.

В технологии ускорителей используются фотокатоды для производства сильноточных электронных пучков для различных применений. Например, надежный фотокатод может выдерживать сильноточный электронный пучок в коллайдерах частиц, где одним из наиболее важных критериев является светимость луча (количество возникающих столкновений частиц). Более высокий ток луча дает большую светимость, что может ускорить новые физические открытия.

Однако эффективность фотокатода чувствительна к вакуумной среде внутри ускорителя и может быстро ухудшаться при высоком токе.

«Внутри электронной пушки — суровая среда», — сказал Мэтт Андорф, научный сотрудник CLASSE (Корнеллской лаборатории науки и образования на основе ускорителей). «Таким образом, наши фотокатоды не обязательно выходят из строя – дело в том, что мы требуем от них многого в экстремальных условиях».

Подобно лучам на больших коллайдерах, ГЕРАКЛ постоянно поддерживается в сверхвысоком вакууме. Несмотря на это, оставшийся остаточный газ может химически вступить в реакцию с катодом, снижая его эффективность и повреждая материал.

Исследователи из Корнелла изучают эти фотокатоды, воссоздавая суровую среду коллайдера частиц внутри ГЕРАКЛА, пытаясь при этом минимизировать разрушительные эффекты, такие как химическое отравление и обратная ионная бомбардировка.

Возглавляют эту работу исследователи и аспиранты CLASSE, которые создали HERACLES для повышения прочности фотокатодов, разработанных для работы с сильноточными лучами.

«Теперь, когда фотокатоды становятся лучше, мы можем использовать их в очень жестоких промышленных условиях», — сказал Джаред Мэксон, доктор философии. '15, доцент кафедры физики Колледжа искусств и наук (A&S), который возглавляет эту работу вместе с Иваном Базаровым, профессором физики (A&S).

Одной из таких сред, по словам Мэксона, является предлагаемый электрон-ионный коллайдер, который будет построен в Брукхейвенской национальной лаборатории. Этот большой коллайдер будет искать кварки и глюоны — частицы, образующие протоны и нейтроны в видимой материи.

«Мы тестируем источники электронов, которые входят в эти машины, точно в тех же условиях, в которых они будут использоваться – для ядерной физики или для физики высоких энергий», – сказал Максон.

Хотя HERACLES в основном используется для фундаментальных исследований, знания, полученные в результате этих экспериментов, могут повлиять на ряд реальных приложений. Например, ускорители электронов используются в медицинских учреждениях для генерации рентгеновских лучей для визуализации и лучевой терапии. Электронные пучки также могут использоваться в производстве полупроводников, где Закон CHIPS стимулировал дополнительные инвестиции и энергию в этот сектор.

Исследователи будут использовать HERACLES для усовершенствования сильноточных фотокатодов, быстро проверяя их характеристики от камеры выращивания до демонстрации сильноточных устройств. Ожидается, что это исследование приведет к надежным достижениям в области надежной сильноточной катодной технологии.

Однако самая большая сила «ГЕРАКЛА», по словам Максона, не обязательно в его силе, а в участии студентов – на каждом этапе пути.

«Студенты могут управлять этой штукой», — сказал он. «Аспиранты — это те, кто направляет луч в трубу и собирает данные. Студенты действительно являются научными движущими силами ГЕРАКЛА».

Сэм Левенсон — один из таких водителей. Докторант четвертого курса готовит, выращивает и испытывает фотокатоды для ГЕРАКЛА.