Đột phá công nghệ trong máy gia tốc hạt tiết kiệm năng lượng

Các phương tiện phức tạp để gia tốc các hạt mang điện có tầm quan trọng hàng đầu đối với nghiên cứu cơ bản trong vật lý và các ứng dụng công nghệ. Sự phát triển của các phương tiện có dòng tia cao hơn và chất lượng chùm tia được cải thiện, cần thiết cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu, đang đáp ứng các giới hạn về công nghệ và kinh tế.

Một hướng đi được đưa ra bởi khái niệm về máy gia tốc tuyến tính phục hồi năng lượng (ERL) - trong đó năng lượng còn lại trong chùm tia sau khi sử dụng khoa học hoặc kỹ thuật, được thu hồi và ngay lập tức được sử dụng để tăng tốc các hạt xa hơn. Công nghệ ERL có thể được khai thác một cách hiệu quả về mặt kinh tế và mặt sinh thái để cung cấp các chùm điện tử có cường độ và năng lượng cao nhất. Đây chính xác là những gì cần thiết cho nghiên cứu trong tương lai — ví dụ, trong lĩnh vực vật lý hạt tại trung tâm nghiên cứu Châu Âu CERN, nhưng cũng để thúc đẩy những đổi mới trong y học và công nghiệp.

Do đó, buổi trình diễn thành công của thiết bị  gần đây tại TU Darmstadt đánh dấu cột mốc quan trọng: lần đầu tiên, một máy gia tốc tuyến tính điện tử siêu dẫn được vận hành thành công ở chế độ thu hồi năng lượng nhiều lần với khả năng tiết kiệm đáng kể công suất gia tốc. Chùm điện tử được tăng tốc trong hai lần liên tiếp đi qua máy gia tốc chính với vận tốc bằng 99,99% tốc độ ánh sáng tại điểm tương tác, và sau đó giảm tốc đến năng lượng phun ban đầu trong hai lần tiếp theo đi qua máy gia tốc chính. Để đạt được dòng tia lên đến 8 microampe ở năng lượng lên đến 41 megaelectronvolt. Việc giảm tốc sau đó đã lưu trữ động năng chưa sử dụng của chùm tia trong các cấu trúc máy gia tốc và do đó tiết kiệm hơn 80% công suất gia tốc cần thiết.

Nhóm nghiên cứu đã có thể làm chủ các thách thức kỹ thuật trong quá trình vận hành, chẳng hạn như "sự trượt pha tương đối tính" do vận tốc của các chùm riêng lẻ hơi khác nhau trên đường tăng tốc và giảm tốc của chúng.