伊萨卡、康奈尔大学和美国能源部布鲁克海文国家实验室(BNL)的科学家们成功地演示了世界上第一个在多转粒子加速器中捕获和再利用能量的实验。在多转粒子加速器中，电子在不同的阶段加速和减速，并以不同的能量通过一根单束线传输。这一进展为超亮粒子加速器铺平了道路，这种加速器使用的能量远远低于今天的机器。
应用领域包括医疗同位素生产、癌症治疗、x射线源、工业应用，如微芯片生产，以及用于物理、材料科学和许多其他领域的基础研究的更节能的机器。举个例子:科学家们可能会利用这种能量回收加速器技术，在电子-离子对撞机上高效地为“冷却”离子生成电子。
康奈尔大学的Cornell- bnl ERL测试加速器，或称CBETA，是一种能量回收线性加速器(ERL)，它使用两种转换型的“绿色”技术:不是倾倒之前加速粒子的能量，而是回收和再利用这些能量来加速下一批粒子。而引导粒子穿过加速器的波束是由永磁体构成的，而永磁体不需要通电就可以工作。这些有望成为未来高性能加速器中最节能的技术。
康奈尔大学的物理学教授和首席研究员Georg Hoffstaetter说:“在这种新型加速器中重新利用粒子束的能量可以产生更明亮的光束，而在此之前，这需要太多的能量。”除了上述的应用，Hoffstaetter指出，“这种创新的技术和这些更明亮的光束可能会带来更多的用途，这还有待想象。”
CBETA的建设是由纽约州能源研究与开发局(NYSERDA)资助的，使用的组件是由美国国家科学基金会(NSF)和工业合作伙伴提供的资金开发的。CBETA团队于2019年12月24日凌晨如期实现了粒子完全能量回收和再加速的关键里程碑。从那以后，该团队不断提高CBETA的性能。
NYSERDA的总裁兼首席执行官Alicia Barton说:“NYSERDA对支持这个开创性的项目感到非常自豪，我们期待看到它如何提高我们应对当今最紧迫的科学和社会挑战的能力。在科莫州长的领导下，纽约州对能给整个经济带来好处的技术的支持是坚定不移的，我们祝贺我们的合作伙伴取得这一巨大的里程碑。”
能量回收设计基础
CBETA机器包括世界上第一台八通道超导能量回收线性加速器，其中光束通过四次通过超导射频（SRF）腔体以达到其最高能量而被加速。通过使另外四个穿过相同的腔体，但是这次减速，光束的能量被捕获并可供新粒子加速使用。这种ERL概念最初是由康奈尔大学名誉教授Maury Tigner于1965年提出的，但是在康奈尔大学和其他地方花了数十年的时间来开发必要的技术。
每次通过加速设备后，粒子具有不同的能量，并通过特殊的磁体链（称为固定场交替线性梯度（FFA-LG）束线）穿过它们自己的“通道”，从而使粒子返回到SRF腔。构成该光束线的永磁体在布鲁克黑文市进行了设计，开发和精确成形，以使所有光束即使具有四种不同的能量也可以穿过相同的磁体结构。这种设计减少了使用多个加速器环来容纳不同能量的光束的需要，并且消除了为磁体供电的电力需求，从而进一步降低了成本并提高了整体效率。
Brookhaven参与该项目的高级物理学家兼首席研究员Dejan Trbojevic首先描述了在1999年的一个μon对撞机车间中，在由固定磁场交变梯度磁体制成的单个光束中加速多种能量的光束的想法。开发用于超导ERL的组件。
Trbojevic说：“使用CBETA的想法是，证明布鲁克海文的单束线返回回路将与康奈尔大学的ERL技术一起使用，以加速电子，这些粒子的潜在应用要比其较重的介子表亲更多。”
在12月下旬，由康奈尔大学物理学家亚当·巴特尼克（Adam Bartnik）担任首席运营商，CBETA做到了这一点。以能量为六百万电子伏特（MeV）的电子束开始，加速剂组分通过四次ERL，使粒子达到42、78、114和150 MeV。在通过SRF腔另外四次减速之后，粒子达到了其原始的6 MeV能量-与起始光束的位置完全相同。这表明已经实现了完全的电子能量回收，并且向SRF腔通电以加速下一批粒子。
这一成就使CBETA成为首个在SRF加速结构中恢复加速后的粒子束能量的多匝ERL，并成为第一个使用具有固定磁场的单束线传输七种不同的加速和减速能量束的加速器。
Brookhaven表示：“在布鲁克海文和康奈尔大学的科学家，工程师和技术人员的整个设计，建造和调试阶段，没有许多贡献，以及许多工业合作伙伴和著名的加速器专家的投入，我们就不可能取得这些成果。” CBETA项目主任，实验室工程师Rob Michnoff。
