粒子加速器是利用电磁场加速粒子并将它们碰撞在一起或撞击特定目标的装置。物理学家广泛使用这些装置来研究粒子、驱动它们的力以及它们之间的相互作用。在一篇新论文中，德国的研究人员最近在他们的粒子加速器上引入了一种新的测量方法，该方法可以保持高光束功率，同时让消耗的能量显著减少。

开展这项研究的研究人员之一表示：“粒子加速器的设计紧凑，比如用于X射线机的加速器，以及用于基础研究的大型设施。后者尤其消耗大量能源。这就提出了这样一个问题，即从经济和可持续的角度来看，未来是否有理由实现巨型研究加速器设施。”

未来的更大规模的粒子物理学研究将需要具有越来越高的束流功率的加速器。科学家们主要目标是使用一种被称为能量回收的技术，创造一种加速器，它可以帮助满足这些需求，同时消耗更少的能量。科学家们解释道：“粒子加速器中能量回收的概念并不新鲜，但仍在不断发展中。为了在减少资源需求的情况下实现更高的光束能量，能量回收概念应与多转加速相结合，这是我们研究的目的。”

加速器加速光束，光束本质上是一大组粒子，这个过程不可避免地消耗能量。高能加速光束会与静止的目标、另一束粒子甚至激光发生碰撞，从而可能导致所需的反应，然后可以进行研究。然而，感兴趣的反应非常罕见，在实验过程中，光束中的大多数粒子最终都不会与任何物体发生相互作用。

“在传统加速器中，剩余的光束以高能量倾倒，能量被浪费。在ERL（能量回收直线加速器）中，束流的能量通过使束流减速来回收。能量暂时储存在加速结构中的微波场中，然后可用于加速下一个即将到来的低能束流，我们开发的ERL加速器迄今为止取得了非常有希望的结果。在最初的测试中，我们在加速电子束的同时测量了其能量回收和再循环（即利用回收的能量加速后续的粒子束）的能力。”

“通过测量能源节约，我们证明了多循环能源回收概念的有效性。我们确定主加速器中高达87%的已消耗光束功率的恢复。对于具有千兆瓦功率的光束来说，87%的效率可以让财务数字好看的多，也有助于减少大型设施的能耗足迹。”

这组研究人员制造的新型多圈能量回收加速器可以帮助更有效、更可持续地进行物理研究，在实现高能束能量的同时消耗更少的能量。未来，其独特的设计将为其他加速器的开发提供信息，从而降低制造成本和能耗，进一步促进可持续研究，扩大粒对撞机的规模。科学家们现在正计划升级他们的粒子加速器，并建造一个新的。

科学家们补充道：“对于光束电流、光束能量和匝数增加的设施，节能潜力更大，在这里，我们受到现有设施预算的限制。我们已经开始与科学合作伙伴、资助机构和我们的部门进行讨论，以将这项研究扩展到下一代设施，我们希望在其中包括我们当前的发现，在更大规模的粒子加速器中建立能量回收，从而说服国际科学中心的潜在用户inter或行业考虑能量回收以满足他们的粒子加速器需求。”