เครื่องเร่งอิเล็กตรอนรีไซเคิลพลังงาน

นักฟิสิกส์มักไม่มีปัญหาในการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคที่มีราคาแพงมาก แต่นักวิจัยบางคนกำลังทำงานเพื่อทำให้เทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาคมีราคาถูกลง และวิธีหนึ่งคือการรีไซเคิลพลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้ในการเร่งอนุภาคในขั้นต้น การทำงานร่วมกันในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่าสามารถดำเนินการ “linac การกู้คืนพลังงาน” ได้สำเร็จโดยการรวมโพรงตัวนำยิ่งยวดกับแม่เหล็กถาวรที่ออกแบบมาอย่างแม่นยำ

ซินโครตรอนเป็นวิธีที่นิยมในการเร่งความเร็ว

ของอิเล็กตรอนและอนุภาคที่มีประจุอื่นๆ พลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังกลุ่มของอนุภาคที่มีประจุโดยส่งผ่านชุดของช่องความถี่วิทยุในขณะที่แม่เหล็กเก็บไว้บนเส้นทางวงกลมสำหรับวงโคจรนับพัน เครื่องเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในฐานะเครื่องชนพลังงานสูงและเป็นแหล่งของรังสีเอกซ์ที่สว่างมากสำหรับวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย

แม้ว่าการเร่งความเร็วแบบวัฏจักรนี้จะให้กำลังเฉลี่ยที่สูงมาก แต่กลุ่มของอนุภาคจะค่อยๆ กระจายออกไปและสูญเสียความเข้มรวมทั้งโพลาไรซ์ เป็นผลให้ใช้เครื่องเร่งเชิงเส้น (linacs) เพื่อสร้างลำอนุภาคที่สว่างที่สุด อนุภาคไฟเหล่านี้ในการยิงนัดเดียวตามแนวโพรงฟัน ทำให้ได้เป็นพวงที่มีพลังงานสูงมากและมีความเข้มเป็นพิเศษ แต่เครื่องจักรเหล่านี้ก็มีข้อเสียเช่นกัน นั่นคือใช้พลังงานจำนวนมากต่อการยิงหนึ่งครั้ง ซึ่งจำกัดอัตราการยิง

ที่สุดของทั้งสองโลกlinacs การกู้คืนพลังงาน (ERLs) ได้รับการออกแบบมาเพื่อรวมเอาสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก อุปกรณ์เหล่านี้ส่งอิเล็กตรอนผ่านลิแนคแล้วนำพวกมันไปรอบๆ วงจรกลับไปที่ทางเข้าเครื่องเร่งความเร็ว โดยมีเพียงไม่กี่ตัวที่ใช้พลังงานไปตลอดทาง กระบวนการนี้เกิดขึ้น N ครั้ง โดยที่อนุภาคได้รับพลังงานในแต่ละเทิร์น 

จากนั้นตรรกะจะกลับกัน เนื่องจากการเปลี่ยน

ความยาวเส้นทางของอิเล็กตรอนที่มีความยาวคลื่นครึ่งช่อง อนุภาคเดินทางอีก N ครั้งรอบ ๆ วงจร แต่แทนที่จะดูดซับพลังงานเพิ่มเติมจากโพรงแทนที่จะให้มันกลับ เมื่อเทิร์นของพวกเขาเสร็จสิ้นและพวกมันได้สูญเสียพลังงานทั้งหมดที่พวกเขาได้มาในตอนแรก พวกเขาจะถูกทิ้ง

ด้วยพลังงานส่วนใหญ่นี้ถูกถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนอื่น ๆ ที่ถูกฉีดเข้าไปในวงจรในเวลาต่อมา ซึ่งตัวเองต้องผ่านรอบ 2N เดียวกัน ERL สามารถเร่งอนุภาคจำนวนหนึ่งโดยใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยที่ใช้โดยลิแนคที่เทียบเท่ากัน โดยหลักการแล้วสิ่งนี้ช่วยให้อุปกรณ์ดังกล่าวสร้างความสว่างที่สูงขึ้นมากจากงบประมาณไฟฟ้าที่กำหนดหรือใช้พลังงานน้อยลงสำหรับความสว่างที่กำหนด ในขณะที่ตัวเลือกหลังจะช่วยลดต้นทุนการดำเนินงาน ทั้งสองควรลดต้นทุนการก่อสร้าง เนื่องจากโพรงไลแนคมีราคาแพงกว่าในการสร้างมากกว่าแม่เหล็กที่ใช้บังคับอิเล็กตรอน

แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ โดยMaury Tignerแห่งมหาวิทยาลัย Cornell ในสหรัฐอเมริกาเสนอแนวคิดนี้ตั้งแต่ปี 1965 อย่างไรก็ตาม โครงการนี้ต้องเอาชนะอุปสรรคมากมายในช่วงหลายทศวรรษที่ขวาง กั้น หนึ่งได้มีการพัฒนาโพรงตัวนำยิ่งยวดที่ทำให้ linacs ประหยัดพลังงานมากขึ้น ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการรวมลำแสงที่ทางเข้า linac และแยกลำแสงออกจากกันที่ทางออก เช่นเดียวกับการจัดการกับโหมดที่มีลำดับสูงกว่าภายในโพรงที่อาจทำให้กลุ่มอนุภาคแตกตัวได้ แม้จะมีความยากลำบาก แต่โครงการนี้ก็ได้นำไปปฏิบัติในหลายสถานที่ รวมถึง  มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโนโวซีบีร์สค์ในรัสเซีย ซึ่งดำเนินการ ERL แบบช่องทองแดงหลายรอบ (N=4) เป็นครั้งแรก

หลายรอบงานล่าสุดที่ดำเนินการโดยGeorg Hoffstaetter

จาก Cornell University และเพื่อนร่วมงาน ทำให้เกิดความคืบหน้าโดยแสดงให้เห็นถึงการผ่านหลายครั้งโดยใช้ linac ตัวนำยิ่งยวดแทน Cornell Brookhaven Energy-Recovery-Linac Test Accelerator (CBETA) ได้รับ การสร้างและทดสอบที่ Cornell แต่อาศัยแม่เหล็กที่พัฒนาโดยDejan Trbojevic และทีมงานที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven สิ่งเหล่านี้ค่อนข้างแตกต่างไปจากแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในซินโครตรอนซึ่งมีสนามลาดขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนบินออกจากเครื่องในขณะที่พวกมันรับความเร็ว แต่ไม่สามารถรองรับอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่างกันได้ 

แต่แม่เหล็ก CBETA จะสร้างสนามที่มีรูปร่างเพื่อให้สามารถนำทางอิเล็กตรอนแปดชุดพร้อมพลังงานที่แตกต่างกันสี่ชุดรอบ ๆ วงจรกลับไปที่ linac เป็นแม่เหล็กถาวร แทนที่จะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็ก “สลับการไล่ระดับสีแบบสนามคงที่” เหล่านี้ให้คุณสมบัติการประหยัดพลังงานเพิ่มเติมเหนือไลแนกแบบดั้งเดิม

สหรัฐอเมริกามีความชำนาญด้านเครื่องเร่งอนุภาคอยู่แล้วซึ่งสามารถช่วยสร้างเครื่องชนอิเล็กตรอน-ไอออนในอนาคตได้ เช่น ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven ซึ่งดำเนินการเครื่องตกตะกอนไอออนหนักแบบสัมพัทธภาพสหรัฐตั้งเป้าเครื่องชนอิเล็กตรอน-ไอออนให้อยู่ในอันดับต้น ๆ ของฟิสิกส์นิวเคลียร์

Hoffstaetter และเพื่อนร่วมงานได้ทำการทดสอบ CBETA ครั้งแรกในเดือนมิถุนายนปีที่แล้ว โดยแสดงให้เห็นว่าเครื่องสามารถฟื้นพลังงานที่ป้อนเข้าได้ 99.8% หลังจากการเร่งและลดความเร็วของอิเล็กตรอนในรอบเดียว ก่อนวันคริสต์มาส นักวิจัยได้สาธิตการผ่านแปดครั้ง เมื่อพวกเขารายงานในกระดาษที่ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ในPhysical Review Lettersพวกเขานำพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน 6 MeV และเพิ่มพลังงานเป็น 42, 78, 114 และ 150 MeV ก่อนที่จะลดระดับพลังงานลงจนกลับมาอยู่ที่ 6 MeV .

นักวิจัยกล่าวว่าเทคโนโลยี CBETA สามารถใช้งานได้หลากหลาย รวมถึงการผลิตไอโซโทปทางการแพทย์ การรักษามะเร็ง หรือในการผลิตไมโครชิป นอกจากนี้ยังได้รับการออกแบบเพื่อแสดงวิธีการ “เย็น” ไอออนที่จะชนกันในElectron-Ion Collider มูลค่า 2 พันล้านดอลลาร์ที่ ได้รับอนุมัติสำหรับการก่อสร้างที่ห้องทดลอง Brookhaven ในเดือนมกราคม ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบองค์ประกอบของโปรตอนและนิวตรอนด้วยความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อน เครื่องชนต้องอาศัยการลดพลังงานของอนุภาคให้น้อยที่สุดเพื่อเพิ่มอัตราการชนให้สูงสุด

หลังจากแสดงให้เห็นว่า CBETA สามารถทำงานได้โดยหลักการแล้ว Hoffstaetter และเพื่อนร่วมงานก็กำลังทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เพื่อปกป้องอุปกรณ์และบุคลากร พวกเขาจำกัดกระแสไฟของเครื่องในเดือนธันวาคมให้เหลือเพียงไม่กี่นาโนแอมป์ แต่ตอนนี้พวกเขาต้องการเพิ่มสิ่งนั้นไปสู่เป้าหมายที่ 40 mA “การผลักดันให้กระแสสูงจะเป็นขั้นตอนต่อไปของเครื่องเร่งความเร็วนี้” พวกเขาเขียน

Credit : csopartnersforchange.org developerhc.com drugfreeasperger.com edgenericviagra.com embracingeveryday.net

Tags: UFABET