음극 연구를 가속화하는 HERACLES 빔라인

대학원생 Sam Levenson(왼쪽)과 CLASSE 연구원 Matt Andorf가 Newman Lab에서 HERACLES 빔라인을 선보이고 있습니다.

코넬은 세계 최대 입자 충돌기의 가혹한 환경을 모방한 최첨단 전자총인 HERACLES 빔라인을 통해 전자빔 연구의 새로운 지평을 열고 있습니다.

원래 대학의 에너지 회수 선형 가속기 프로그램 중에 설계된 HERACLES(수명 실험을 위한 높은 ElectRon 평균 전류)의 중심에 있는 전자총을 통해 Newman Laboratory의 연구원은 반도체 제조부터 제안된 전자에 이르기까지 모든 분야에 사용할 수 있는 음극을 연구할 수 있습니다. -이온 충돌기.

가속기 기술은 광전 음극을 사용하여 다양한 응용 분야에 적합한 고전류 전자빔을 생성합니다. 예를 들어, 견고한 광전 음극은 입자 충돌기에서 고전류 전자빔을 유지할 수 있으며, 여기서 가장 중요한 기준 중 하나는 빔 광도(생성된 입자 충돌 횟수)입니다. 빔 전류가 높을수록 광도가 더 커져 새로운 물리학 발견이 가속화될 수 있습니다.

그러나 광전 음극의 효율은 가속기 내부의 진공 환경에 민감하며 고전류에서 급격히 저하될 수 있습니다.

CLASSE(가속기 기반 과학 및 교육을 위한 코넬 연구소)의 연구원인 Matt Andorf는 "전자총 내부는 열악한 환경입니다."라고 말했습니다. "그래서 우리의 광전 음극이 반드시 실패하는 것은 아닙니다. 극한의 조건에서 많은 광전 음극을 요구한다는 것입니다."

대형 충돌기의 빔라인과 유사하게 HERACLES는 지속적으로 초고진공 상태를 유지합니다. 그럼에도 불구하고 남아있는 잔류 가스는 음극과 화학적으로 반응하여 효율성을 저하시키고 재료를 손상시킬 수 있습니다.

코넬 연구원들은 HERACLES 내에서 가혹한 입자 충돌기 환경을 재현하는 동시에 화학 중독 및 이온 후방 폭격과 같은 성능 저하 효과를 최소화하려고 노력함으로써 이러한 광전 음극을 연구합니다.

이 책임을 주도하는 것은 고전류 빔 작동을 위해 개발된 광전 음극의 강도를 향상시키기 위해 HERACLES를 구축한 CLASSE 연구원과 대학원생입니다.

“이제 광전 음극의 성능이 향상되었으므로 매우 가혹한 산업 환경에서 이를 사용할 수 있습니다.”라고 Jared Maxson 박사는 말했습니다. '15, 물리학과 교수(A&S)인 Ivan Bazarov와 함께 이러한 노력을 주도하고 있는 예술과학대학(A&S)의 물리학 조교수입니다.

Maxson은 그러한 환경 중 하나가 Brookhaven 국립 연구소에 건설될 전자 이온 충돌기라고 말했습니다. 이 대형 충돌기는 가시 물질에서 양성자와 중성자를 형성하는 입자인 쿼크와 글루온을 검색합니다.

Maxson은 "우리는 핵물리학이나 고에너지 물리학에 사용되는 것과 정확히 동일한 조건에서 이러한 기계에 들어가는 전자 소스를 테스트하고 있습니다"라고 말했습니다.

HERACLES는 주로 기초 연구에 사용되지만, 이러한 실험에서 얻은 지식은 다양한 실제 응용 분야에 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 전자 가속기는 의료 시설에서 이미징 및 방사선 치료를 위한 X선을 생성하는 데 사용됩니다. 전자빔은 반도체 제조에도 사용될 수 있으며, CHIPS 법으로 인해 이 부문에 대한 추가 투자와 에너지가 촉발되었습니다.

연구원들은 HERCLES를 사용하여 성장 챔버에서 고전류 시연에 이르기까지 성능을 신속하게 테스트함으로써 고전류 광전 음극을 발전시킬 것입니다. 이 연구는 견고한 고전류 음극 기술의 확실한 발전을 가져올 것으로 기대됩니다.

그러나 HERACLES의 가장 큰 강점은 반드시 그 힘이 아니라 모든 단계에서 학생들의 참여라고 Maxson은 말했습니다.

"학생들은 이 일을 조작하게 된다"고 그는 말했다. "대학원생들은 파이프에 빔을 내려놓고 데이터를 수집하는 사람들입니다. 학생들은 진정한 HERACLES의 과학적 원동력입니다."

Sam Levenson은 그러한 운전자 중 한 명입니다. 4학년 박사과정 학생은 HERACLES용 광전 음극을 준비, 성장 및 테스트합니다.