Un acelerador lineal de recuperación de energía (ERL) es un tipo de acelerador lineal de partículas que proporciona un haz de electrones que se utiliza para producir rayos X mediante radiación de sincrotrón . [1] Propuesta por primera vez en 1965 [2], la idea ganó interés desde principios de la década de 2000. [3]
La utilidad de un haz de rayos X para experimentos científicos depende de la radiancia espectral del haz , que indica cuánta potencia de una longitud de onda determinada se concentra en un punto. La mayor parte de la literatura científica sobre fuentes de rayos X utiliza un término estrechamente relacionado llamado brillantez , que cuenta la tasa de fotones producidos, en lugar de su potencia. La energía de un fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda del fotón.
Generalmente, se logra una potencia muy alta al suministrar la energía en pulsos cortos, lo que permite que el aparato funcione dentro de demandas de potencia y límites de enfriamiento razonables. Dependiendo de la longitud del pulso y la frecuencia de repetición, la radiancia espectral promedio será mucho menor que la radiancia espectral pico. La radiancia espectral pico y la radiancia espectral promedio son propiedades importantes de un haz de rayos X. Para algunos experimentos, el valor pico es el más importante, pero para otros, el valor promedio es el más importante.
Como fuente de luz de sincrotrón, el rendimiento de un acelerador lineal de recuperación de energía se encuentra entre un anillo de almacenamiento y un láser de electrones libres (FEL). Los aceleradores lineales de recuperación de energía tienen altas tasas de repetición y, por lo tanto, una radiancia espectral promedio alta, pero una radiancia espectral máxima menor que un FEL. [4]
Al utilizar un haz de partículas cargadas en recirculación con una red magnética similar a la de un anillo de almacenamiento , cada partícula viaja a través del arco de recirculación antes de desacelerarse en una estructura de acelerador lineal . La misma estructura de acelerador lineal también acelera nuevas partículas de baja energía que se inyectan continuamente en el acelerador lineal. Por lo tanto, en lugar de reciclar el haz de partículas de forma continua, mientras su emitancia aumenta por la emisión de radiación de sincrotrón , solo se recicla su energía cinética, lo que permite una baja emitancia del haz mientras se mantienen altas tasas de repetición comparables a las de los sincrotrones .
El BNL-ERL está diseñado para funcionar a 500 mA a 20 MeV. Actualmente se encuentra en funcionamiento en el Departamento de Aceleradores de Colisionadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven. Una de las principales características de este ERL es un cañón de RF de fotocátodo láser superconductor alimentado por un klistrón de onda continua de 1 MW y equipado con un sistema de bloqueo de carga para la inserción de fotocátodos de alta eficiencia cuántica. Este cañón de ERF proporcionará haces de electrones de alto brillo a una potencia media sin precedentes. El objetivo de este ERL es servir como plataforma para la I+D en ERL de alta corriente. En particular, se tratan cuestiones de generación y control de halos, cuestiones de modo de orden superior, emisiones coherentes para el haz y alto brillo, generación y conservación de haces de alta potencia. Una vez completado, tenemos previsto utilizarlo para diversas aplicaciones, como la generación de radiación THz y rayos X de alta potencia a través de la dispersión Compton de la luz láser de su haz de electrones. [5]
La Universidad de Cornell, en asociación con el Laboratorio Nacional de Brookhaven, está en el proceso de construir CBETA, [6] [7] un ERL construido utilizando óptica FFAG y cavidades RF superconductoras , que apunta hasta 100 mA de haz de electrones CW a hasta 150 MeV, como parte de un programa de investigación para un futuro colisionador de electrones e iones .
Un estudio reciente propone mejorar el Gran Colisionador de Hadrones ( LHC ) del CERN , el mayor acelerador existente en la actualidad (2013), añadiendo al gran anillo de almacenamiento del LHC una construcción tangencial de dos aceleradores lineales de recuperación de energía de electrones, cada uno de 1008 m de longitud, produciendo así la posibilidad de obtener no sólo colisiones Hadrón-Hadrón, sino también, por ejemplo, Hadrón-Electrón, y así mejorar el LHC hasta convertirlo en una especie de " LHeC ".
Por esta sugerencia, originada por un comité especial de físicos del CERN, M. Klein (Universidad de Liverpool), a sugerencia del Instituto de Física del Reino Unido , recibió el Premio mutuo Max Born 2013 de las Sociedades de Física Británica y Alemana . [8] [9]