A instalação para feixes de isótopos raros (FRIB) acelera feixes de íons pesados ​​com potência de feixe de até 400 quilowatts em um alvo para criar isótopos raros para pesquisa científica. Um stripper de carga desempenha um papel essencial neste processo. Ele retira elétrons adicionais do feixe de partículas carregadas para acelerá-lo com mais eficiência.
O feixe do FRIB é muito poderoso para um decapador de carga convencional feito de folha de carbono. Este tipo de stripper de carga sofreria graves danos térmicos e de radiação, limitando sua vida útil e potência do feixe. Para superar isso, a FRIB desenvolveu e demonstrou um extrator de carga de lítio líquido de última geração. Uma vez que é auto-recarregável, este novo removedor de carga é um removedor de calor superior e não pode ser danificado pela radiação.

Os cientistas consideraram dois projetos alternativos ao projetar o extrator de carga do FRIB. Mesmo o stripper de carga de folha de carbono com melhor desempenho duraria apenas seis horas no FRIB. Outro tipo de stripper de carga auto-recarregável é um stripper de gás.

Embora isso possa durar indefinidamente, o estado de carga do feixe após o stripper de carga de gás é significativamente menor do que após um stripper de carga sólido ou líquido. O estado de carga do íon é igual ao número de elétrons removidos de um átomo neutro. Quanto maior o estado de carga, mais aceleração o acelerador pode fornecer ao íon.

Um extrator de carga de lítio líquido tem uma dupla vantagem:pode produzir um estado de carga tão alto quanto um extrator de carga sólida e durar indefinidamente. Essa nova tecnologia ajudará o FRIB a acelerar feixes de íons pesados ​​de até 400 quilowatts e abrir novas possibilidades em vários outros desenvolvimentos de aceleradores de alta potência.

Instalações de feixe de íons pesados ​​de alta potência, como o FRIB, são necessárias para permitir descobertas fundamentais da ciência nuclear. O FRIB permite que os cientistas estudem propriedades de isótopos raros, astrofísica nuclear, interações fundamentais e aplicações para a sociedade, inclusive na medicina, segurança interna e indústria. Nesses aceleradores, os strippers de carga desempenham um papel essencial na aceleração efetiva dos feixes.

No entanto, o stripper de carbono convencional é o gargalo, limitando a potência do feixe. Nesta pesquisa, um filme de lítio líquido com uma espessura de 10 a 20 micrômetros (cerca de um décimo da espessura de um cabelo humano), fluindo a mais de 50 metros por segundo (180 quilômetros por hora ou 112 milhas por hora) foi estável formado na linha de luz do acelerador no FRIB, uma instalação do usuário do Office of Science do Departamento de Energia (DOE) da Michigan State University.

Feixes de xenônio, argônio e urânio foram aplicados ao filme e sua estabilidade e capacidade de remoção foram medidas. Os resultados mostraram que o filme de lítio era um removedor de íons pesados ​​eficaz mesmo com o feixe de urânio. Juntamente com o sucesso de um experimento anterior de demonstração de alta potência no Laboratório Nacional de Argonne do DOE, a pesquisa mostrou pela primeira vez que o decapador de carga de lítio líquido pode aumentar significativamente a potência do acelerador além do limite atual.

A pesquisa é publicada em Cartas de Revisão Física . + Explorar mais

A técnica pode levar a feixes de prótons de potência significativamente mais altos usados ​​para responder a perguntas científicas difíceis