Presso l’impianto per fasci di isotopi rari è stato raggiunto un importante progresso con l’accelerazione di un fascio di uranio ad alta potenza, raggiungendo la potenza continua del fascio senza precedenti di 10,4 kilowatt.
L’accelerazione di un fascio di uranio ad alta potenza
Gli scienziati e gli ingegneri della Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) hanno raggiunto un traguardo significativo nella ricerca sugli isotopi accelerando un fascio ad alta potenza di ioni di uranio per fornire un record di 10,4 kilowatt di potenza continua del fascio a un bersaglio. L’uranio, noto come l’elemento più difficile da accelerare, svolge un ruolo cruciale nella ricerca scientifica.
Secondo la National Academy of Sciences e il Nuclear Science Advisory Committee, più della metà dei 17 programmi scientifici prioritari che utilizzano fasci di isotopi rari dipendono da un fascio primario di uranio. Ciò è dovuto alla capacità dell’uranio di produrre una vasta gamma di isotopi tramite frammentazione o fissione.
L’accelerazione riuscita di un fascio di uranio a livelli di potenza senza precedenti segna un momento cruciale per FRIB. Questa svolta non solo apre la strada a nuove vie di ricerca con isotopi rari, ma ha anche consentito, entro le prime otto ore di funzionamento, l’identificazione di tre isotopi precedentemente sconosciuti: gallio-88, arsenico-93 e selenio-96. Per raggiungere questo obiettivo è stato necessario il funzionamento stabile di tutti i componenti dell’acceleratore a gradienti di accelerazione ottimali.
Questa pietra miliare getta le basi per la generazione dei fasci di ioni più pesanti per la creazione di isotopi rari. Inoltre, espande la nostra esplorazione scientifica in aree precedentemente inesplorate del panorama nucleare.
L’impianto di accelerazione di FRIB ha prodotto il fascio di uranio a onda continua accelerato di potenza più elevata mai visto, portando alla separazione e all’identificazione di tre isotopi precedentemente sconosciuti. Questo risultato è stato possibile grazie al funzionamento di successo di FRIB, tra cui un nuovo acceleratore lineare superconduttore composto da 324 risonatori in 46 criomoduli, uno stripper di litio liquido di nuova concezione e nuove tecnologie come la produzione di uranio nella sorgente di ioni Electron Cyclotron Resonance (ECR), l’esclusivo quadrupolo a radiofrequenza a ioni pesanti (RFQ), il target ad alta potenza e il beam dump.
I ricercatori hanno sviluppato nuove tecniche per impostare l’accelerazione simultanea di tre stati di carica dell’uranio dopo lo stripping con pellicola di litio liquido. Questo approccio ha raggiunto la potenza record per l’uranio. I tre isotopi precedentemente non osservati (gallio-88, arsenico-83 e selenio-96) sono stati prodotti in un bersaglio di grafite da 1,2 mm, separati e identificati per la prima volta nell’Advanced Rare Isotope Separator presso il FRIB. Questo lavoro è stato eseguito in collaborazione con scienziati degli Stati Uniti, del Giappone e della Corea del Sud.
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Accelerators and Beams.
