القياسات المباشرة للتفاعلات النووية عند طاقات النجوم تصطدم بعقبتين: مقاطع عرضية صغيرة للغاية وخلفية كونية. المختبرات تحت الأرض مثل جين بينغ تقمع الخلفية، لكن تبقى مشكلة الهدف. الخلايا الغازية العادية مغلقة برقائق معدنية تستهلك طاقة الحزمة وتشوشها. الأهداف بدون نوافذ تحل هذه المشكلة، لكن عند تيارات في نطاق الميلي أمبير تظهر صعوبات جديدة: يجب ضخ الغاز بسرعة وإعادته، والحزمة تسخن الغاز وتغير كثافته. بجانب هذا العمل، توجد تطويرات أخرى لأهداف بدون نوافذ، مثل أنظمة إعادة التدوير في LUNA والنفاثات الغازية في JENSA، لكن جميعها مصممة لتيارات أقل أو لا تملك مجموعة كاملة من أدوات التشخيص تحت الحزمة.
جمع المهندسون نظامًا من ثلاث مراحل للضخ التفاضلي: الأولى بمضخات روتس، والثانية والثالثة بمضخات توربوجزيئية. يُضخ الغاز من الهدف، ويُنقى عبر التكثيف وممتصات الزيوليت، ثم يُعاد. يحافظ منظم MKS 250 على الضغط في الحجرة. لقياس تدفق الجسيمات، صنعوا مسعرًا نحاسيًا بأربعة سخانات وثلاثة مزدوجات حرارية: يعمل في وضع تعويض القدرة، أي يحافظ على درجة حرارة ثابتة بتقليل التسخين عند وصول الحزمة. يتحكم في سماكة الهدف أنبوب متحرك يمسح على طول الحزمة ويلتقط جسيمات متناثرة مرتين بشكل مرن: أولاً على الغاز، ثم على رقاقة كربون رقيقة. حُسب تدفق الغاز بنموذج مع انزلاق عند الجدران للضغوط المنخفضة.
عند ضغوط 1 و2 و3 مليبار، حافظ النظام على استقرار ضمن 1% لمدة ثماني ساعات، وبقي الضغط على جانب المسرع حوالي 10⁻⁴ باسكال. نموذج تدفق الغاز بمعدل 1052 سم³/دقيقة توقع تفاوتًا في الضغط على طول الحزمة لا يتجاوز 1.6%. اختُبر المسعر على السخانات: أعاد النموذج إنتاج العمليات الانتقالية ودرجات الحرارة الثابتة. اتضح أن الحساسية للحزمة وللسخانات تختلف بنسبة 6.2%، ويجب أخذ هذا التصحيح في الاعتبار. على حزمة بروتونات 300–310 كيلو إلكترون فولت، قيس تفاعل ¹⁴N(p,γ)¹⁵O وشوهد كيف يتحرك الرنين عبر الهدف. أظهر تفاعل ¹²C(p,γ)¹³N أن تسخين الحزمة يقلل كثافة الغاز: عامل التسخين ينخفض مع زيادة القدرة، حتى 0.75 عند 800 ميلي واط/سم.
يتميز هذا العمل عن الأعمال المجاورة بأنه لأول مرة يجمع لهدف بدون نوافذ مع تيارات ميلي أمبير ثلاثة أشياء: دورة غاز مستقرة، ومسعرًا لا يعتمد على حالة شحنة الحزمة، ومراقب سماكة حساسًا للموضع. سابقًا، كانت هذه الأنظمة إما تعمل بتيارات أقل أو لا تملك تشخيصًا كاملاً تحت الحزمة. الآن يمكن قياس تدفق الجسيمات والكثافة المحلية للغاز مباشرة أثناء التشعيع، وهو أمر حاسم للمقاطع العرضية الدقيقة.
النظام جاهز للقياسات بغازات نظيرية مثل ³He و²²Ne المخصب. الدورة المغلقة ستوفر الغازات باهظة الثمن، والمسعر ومراقب السماكة سيعطيان البيانات الناقصة للمعايرة المطلقة. في المستقبل، سيسمح هذا بالنزول إلى طاقات أقل في تفاعلي ³He(α,γ)⁷Be و²²Ne(α,n)²⁵Mg، وهما مهمان لنيوترينوات الشمس ومصادر النيوترونات في النجوم الضخمة.
ستؤثر النتائج على فيزياء الفلك النووية، خاصة قياسات التفاعلات التي تشمل نوى خفيفة. وستحصل تقنية المسرعات على مثال على التشغيل الموثوق للأهداف بدون نوافذ عند تيارات عالية.
الخطوة التالية: إجراء معايرة للمسعر مع حزمة حقيقية ومقارنة قراءاته بمراقب السماكة. ثم يمكن الانتقال إلى قياسات ³He(α,γ)⁷Be في المختبر تحت الأرض.
بالنسبة لفيزياء الفلك النووية، المشكلة الرئيسية غير المحلولة هي: كيف نقيس المقاطع العرضية عند طاقات أقل من حاجز كولوم، حيث يغرق الإشارة في الخلفية. هذا العمل يغلق جزءًا من المشكلة، بتقديم أداة للتحكم الدقيق في الهدف والحزمة، لكنه لا يحل مسألة الخلفية الناتجة عن الهدف والكاشف نفسه.
المسعر يقيس قدرة الحزمة بدقة تصل إلى أعشار الواط، رغم أن الحزمة نفسها تحمل مئات الواط. هذا مثل ملاحظة أن إبريق الشاي برد نصف درجة عندما أضفت إليه ملعقة من الماء البارد.