Un linac 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 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 brillo , 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.
Por lo general, se logra una potencia muy alta entregando energía en pulsos cortos, lo que permite que el aparato funcione dentro de demandas de energía y límites de enfriamiento razonables. Dependiendo de la longitud del pulso y la tasa de repetición, la radiancia espectral promedio será mucho menor que la radiancia espectral máxima. La radiancia espectral máxima y la radiancia espectral promedio son propiedades importantes de un haz de rayos X. Para algunos experimentos, el valor máximo es el más importante, pero para otros experimentos, el valor promedio es el más importante.
Como fuente de luz de sincrotrón, el rendimiento de un linac de recuperación de energía se sitúa entre un anillo de almacenamiento y un láser de electrones libres (FEL). Los linacs de recuperación de energía tienen altas tasas de repetición y, por lo tanto, una radiancia espectral promedio alta, pero una radiancia espectral máxima más baja que un FEL. [4]
Mientras se utiliza un haz de partículas cargadas en recirculación con una red magnética que se asemeja a la de un anillo de almacenamiento , cada partícula viaja a través del arco de recirculación antes de ser desacelerada en una estructura linac . La misma estructura del linac también acelera nuevas partículas de baja energía que se inyectan continuamente en el linac. Así, en lugar de reciclar el haz de partículas continuamente, mientras su emitancia aumenta mediante la emisión de radiación sincrotrón , solo se recicla su energía cinética, lo que permite una emitancia baja del haz y al mismo tiempo mantiene altas tasas de repetición comparables a las de los sincrotrones .
BNL-ERL tiene como objetivo 500 mA a 20 MeV. Ahora está en funcionamiento en el Departamento del Acelerador del Colisionador del Laboratorio Nacional Brookhaven. Una de las características principales de este ERL es una pistola de RF con fotocátodo láser superconductor alimentada por un klistrón CW de 1 MW y equipada con un sistema de bloqueo de carga para la inserción de fotocátodos de alta eficiencia cuántica. Esta pistola ERF proporcionará haces de electrones de alto brillo a una potencia promedio sin precedentes. El objetivo de este ERL es servir como plataforma para la I+D en ERL de alta corriente. En particular, cuestiones de generación y control de halos, cuestiones de modos de orden superior, emisiones coherentes para el haz y alto brillo, generación y preservación del haz de alta potencia. Una vez finalizado, planeamos utilizarlo para diversas aplicaciones, como la generación de radiación THz y rayos X de alta potencia mediante dispersión Compton de luz láser de su haz de electrones. [5]
La Universidad de Cornell, en asociación con el Laboratorio Nacional Brookhaven, están en el proceso de construir CBETA, [6] [7] un ERL construido usando óptica FFAG y cavidades de RF superconductoras , apuntando hasta 100 mA de haz de electrones CW a hasta 150 MeV. como parte de un programa de investigación para un futuro colisionador de iones de electrones .
Un estudio reciente sugiere 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 linacs de recuperación de energía de electrones, cada uno de 1008 m. longitud, generando así la posibilidad de obtener no sólo choques Hadrón-Hadrón, sino también, por ejemplo, choques Hadrón-Electrón, y así mejorar el LHC hasta convertirlo en una especie de " LHeC ".
Por esta sugerencia, procedente de un comité especial de físicos del CERN, M. Klein (Universidad de Liverpool), por sugerencia del Instituto de Física del Reino Unido , recibió en 2013 el premio mutuo Max Born de las Sociedades de Física británica y alemana . [8] [9]