Com a introdução do CBETA, o Acelerador de teste Cornell-Brookhaven ERL, Os cientistas da Cornell University e do Brookhaven National Laboratory estão seguindo o conceito de aceleradores de partículas de recuperação de energia, introduzidos pela primeira vez pelo físico Maury Tigner em Cornell, há mais de 50 anos.

CBETA testa duas tecnologias de economia de energia para aceleradores:recuperação de energia e ímãs permanentes. Um linac de recuperação de energia (ERL) como o CBETA recupera a energia de um feixe de elétrons usado em vez de despejá-lo após o experimento. A energia recuperada é usada para acelerar o próximo feixe de partículas, criando um feixe de elétrons que pode ser usado para muitas áreas de pesquisa. Os feixes são acelerados por unidades de radiofrequência supercondutor (SRF), outra tecnologia de eficiência energética pioneira em Cornell.

Usando ímãs permanentes, a energia que normalmente é necessária para orientar o feixe com eletroímãs é economizada. Enquanto linacs de recuperação de energia e ímãs fixos estão sendo usados ​​em outro lugar, nunca antes um grupo foi capaz de orientar quatro feixes de partículas de energias diferentes simultaneamente usando ímãs fixos por meio de um ERL.

Imagine quatro carros viajando em velocidades diferentes em uma curva. A física envolvida é diferente para cada carro:um deve virar excepcionalmente forte em uma velocidade mais alta, em oposição a outro viajando em uma velocidade muito menor. Isso também é válido para partículas com energia diferente no tubo do feixe. Ímãs permanentes com gradientes alternados tornam possível direcionar cada partícula de energia diferente dentro da mesma câmara de 120 mm de largura.

Embora este método recicle energia, também cria feixes que são muito mais poderosos:eles são mais estreitamente ligados, pode produzir radiação mais brilhante e mais coerente, pode ter correntes mais altas, e pode produzir maior luminosidade em experimentos com feixes de colisão.

"O processo ERL foi inventado na Cornell University há 50 anos, e tendo sua primeira demonstração em um SRF ERL de várias voltas mostra a tradição forte e contínua de Cornell neste campo de pesquisa, "disse Georg Hoffstaetter, Cornell professor de física e pesquisador principal do CBETA.

Combinando componentes do acelerador com recorde mundial construídos por Cornell com a tecnologia de ímã permanente desenvolvida pelo Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL) do Departamento de Energia dos EUA, a colaboração CBETA visa revolucionar a forma como os aceleradores são construídos.

A missão geral do CBETA é desenvolver um protótipo para eRHIC, um colisor de elétron-íon de 2,4 milhas de comprimento proposto para ser construído em BNL em Long Island, Nova york.

Cerca de duas dúzias de cientistas do BNL e do Laboratório de Ciências e Educação com base em Aceleradores de Cornell (CLASSE) estão colaborando no projeto. Eles estão executando os testes iniciais e esperam concluir a instalação do CBETA até o verão de 2019. Eles irão testar e comissionar o protótipo do eRHIC até a primavera de 2020.

Mais de 30, 000 aceleradores estão em operação em todo o mundo. Este protótipo ERL tem implicações de longo alcance para a biologia, química e uma série de outras disciplinas. ERLs não são concebidos apenas para aceleradores de física de partículas nucleares e elementares, como em eRHIC e o LHeC no CERN na Suíça, mas também como fontes coerentes de raios-X para pesquisa básica, fins industriais e médicos.

"Os aceleradores lineares existentes têm qualidade de feixe superior quando comparados aos grandes aceleradores circulares, "Hoffstaeter disse." No entanto, eles são um desperdício excessivo devido ao feixe ser descartado após o uso e, portanto, só podem ter uma corrente extremamente baixa em comparação com os aceleradores de anel. Isso limita a quantidade de dados coletados durante um experimento. Um ERL como o CBETA resolve o problema da qualidade do feixe baixo em anéis e da corrente do feixe baixo em aceleradores lineares, tudo isso enquanto conserva energia em comparação com seus antecessores. "

Os componentes mais complexos do CBETA já existem no Wilson Lab:a fonte de elétrons DC, o injetor de radiofrequência supercondutor (SRF) linac, o cromódulo ERL principal e a parada do feixe de alta potência. Eles foram projetados, construído e comissionado em 10 anos de financiamento da National Science Foundation.

Disse Karl Smolenski, engenheiro-chefe do desenvolvimento da Cornell ERL:"Se tivermos sucesso, será ótimo para a ciência e a indústria. Muitos departamentos e cientistas diferentes poderão usar essa tecnologia. Ela também nos colocará à frente no mundo competitivo."