ABD Enerji Bakanlığı’nın Fermilab Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı çalışanları, Proton İyileştirme Planı II (PIP-II) projesi için süper iletken bir kriyomodül prototipi oluşturdu. Bu proje, uluslararası bilimsel deney DUNE’nin (Derin Yeraltı Nötrino Deneyi) bilim adamlarının çalışması için nötrinoları sağlayacak olan Fermilab hızlandırıcı kompleksindeki iyileştirmenin bir parçasıdır. Deneyin amacı parçacık fiziği ve kozmolojide önemli rol oynayan nötrinoları incelemektir.
DUNE deneyi, Güney Dakota’daki Lead’de yerin yaklaşık 1,5 km altındaki bir yeraltı laboratuvarında yürütülüyor. Bu, deneyin dedektörlerini, nötrinoları tespit etmek için gerekli olan harici radyasyon ve gürültüden korumayı mümkün kılar.
Her biri 12.474 kilogram ağırlığındaki dört süper iletken kriyomodül, hidrojen iyonlarını ışık hızının %80’inden fazlasına hızlandırmaktan sorumlu olacak. Kriyomodüller, Fermilab’daki hızlandırıcı kompleksini çalıştıracak yeni doğrusal hızlandırıcının son bölümünü oluşturacak.
Her bir süper iletken kriyomodül, çekirdeğinde, süper iletken bir malzeme olan saf niyobyumdan yapılmış “boşluklar” adı verilen bir cihazlar zinciri içerecektir. Niyobyum dış uzayın ortalama sıcaklığının çok altında tutulduğunda elektrik, süper iletken malzemeden enerji kaybı olmadan akar.
Ekip, ortamı serin tutmak için kabın içini sıvı helyumla dolduruyor. Cihaz, boşlukları çok yüksek dış sıcaklıklardan korumak için birçok yalıtım katmanına sahiptir.
Prototip düzgün bir şekilde çalıştığında, Fermilab’ın yeni doğrusal hızlandırıcısının son bölümünü oluşturmak için dört modül bir araya getirilecek. Süper iletken kriyomodüller, alışılagelmiş bir proton ve bir elektron yerine, bir proton ve iki elektrondan oluşan hidrojen atomları olan hidrojen anyonlarının ışınlarını çalıştıracak.
Hızlandırıcıdan ayrılmadan önce ışınlar 800 milyon elektron voltluk nihai enerjiye ulaşacak. Işın buradan yükseltilmiş Güçlendirici ve Ana Enjektör hızlandırıcılarına gidecek. Orada nötrinoya dönüşmeden önce daha fazla enerji kazanacak.
Bu nötrinolar daha sonra DUNE deneyinin yapılacağı alanın 1.300 kilometre uzağına gönderilecek.
