Источник нейтронов и мюонов ИГИЛ
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
 | |
| Источник нейтронов и мюонов ИГИЛ | |
|---|---|
| Расположение: | Лаборатория Резерфорда Эпплтона , Великобритания |
| Научная цель: | Поддерживает национальное и международное сообщество, насчитывающее около 3000 ученых, которые используют нейтроны и мюоны для исследований в области физики, химии, материаловедения, техники, биологии и многого другого. |
| Организация: | Принадлежит и управляется Советом по науке и технологиям, входящим в состав Управления исследований и инноваций Соединенного Королевства . |
| Веб-сайт: | Исида |
| Наука с нейтронами |
|---|
 |
| Фонды |
| Рассеяние нейтронов |
| Другие приложения |
|
| Инфраструктура |
|
| Нейтронные установки |
Источник нейтронов и мюонов ISIS — это импульсный источник нейтронов и мюонов , созданный в 1984 году в Лаборатории Резерфорда Эпплтона Совета по науке и технологиям , на территории Харвеллского кампуса науки и инноваций в Оксфордшире , Великобритания. Он использует методы мюонной спектроскопии и рассеяния нейтронов для исследования структуры и динамики конденсированного вещества в микроскопическом масштабе, от субатомного до макромолекулярного.
Ежегодно на объекте проводятся сотни экспериментов исследователями со всего мира в различных областях науки, таких как физика , химия , материаловедение , науки о Земле , биология и археология . [1]
Фоновая физика
[ редактировать ]Нейтроны являются незаряженными составляющими атомов и хорошо проникают в материалы, отклоняясь только от ядер атомов. Статистическое накопление отклоненных нейтронов в разных положениях за пределами образца можно использовать для определения структуры материала, а потеря или приобретение энергии нейтронами может выявить динамическое поведение частей образца, например диффузионные процессы в твердых телах. В ISIS нейтроны создаются путем ускорения «пучков» протонов в синхротроне , а затем их столкновения с тяжелой вольфрамовой мишенью под постоянной охлаждающей нагрузкой для рассеивания тепла от протонного пучка мощностью 160 кВт. В результате ударов нейтроны откалываются от атомов вольфрама, и нейтроны направляются через направляющие или лучевые линии примерно к 20 приборам, каждый из которых индивидуально оптимизирован для изучения различных типов взаимодействий между пучком нейтронов и веществом. Целевая станция и большинство инструментов расположены в большом зале. Нейтроны — опасная форма радиации, поэтому мишень и лучи надежно защищены бетоном. [ нужна ссылка ]
Источник нейтронов и мюонов ISIS производит мюоны путем столкновения части пучка протонов с графитовой мишенью, производя пионы , которые быстро распадаются на мюоны, доставляемые в виде спин-поляризованного пучка на станции отбора проб. [ нужна ссылка ]
История
[ редактировать ]Источник был одобрен в 1977 году для объекта RAL в кампусе Харвелла и состоял из переработанных компонентов из более ранних научных программ Великобритании, включая ускорительный зал, который ранее был занят ускорителем Нимрод . Первый луч был произведен в 1984 году, а завод был официально открыт тогдашним премьер-министром Маргарет Тэтчер в октябре 1985 года. [2] [1] [3]
Название ИГИЛ не является аббревиатурой: оно относится к древнеегипетской богине и местному названию реки Темзы . Название было выбрано для официального открытия объекта в 1985 году, до этого он был известен как SNS, или Источник расщепленных нейтронов. Название было сочтено подходящим, поскольку Исида была богиней, которая могла возвращать жизнь мертвым, и ИГИЛ использовало оборудование, ранее созданное для ускорителей Нимрод и НИНА .
Вторая целевая станция получила финансирование в 2003 году от лорда Сейнсбери , тогдашнего министра науки, и была завершена в 2009 году, в срок и в рамках бюджета, с открытием 7 инструментов. В марте 2011 года министр науки инвестировал Дэвид Уиллеттс 21 миллион фунтов стерлингов. [4] построить 4 новых прибора, которые сейчас находятся на этапе ввода в эксплуатацию или полностью запланированы. [1]
Первоначально предполагалось, что срок эксплуатации источника нейтронов и мюонов ISIS составит 20 лет (с 1985 по 2005 год), но его постоянный успех привел к процессу реконструкции и дальнейшим инвестициям, направленным на улучшение объекта и продление срока службы ISIS до 2030 года. . [5]
Согласно своему годовому отчету за 2017–2018 годы, STFC ожидает, что прекращение работы импульсного источника нейтронов ИГИЛ и связанной с ним второй целевой станции произойдет в 2040 году, а вывод из эксплуатации займет 55 лет. Стоимость утилизации радиоактивных отходов может варьироваться от 9 до 16 миллионов фунтов стерлингов. [6] : 51
Наука
[ редактировать ]Источник нейтронов и мюонов ISIS находится в ведении и обслуживается Советом по науке и технологиям (ранее CCLRC ). Совет по науке и технологиям, или STFC, является частью Управления исследований и инноваций Великобритании . Экспериментальное время открыто для академических пользователей из финансирующих стран, а заявки на участие подаются посредством «конкурса заявок», проводимого два раза в год. Распределение исследований, или «время луча», распределяется между кандидатами посредством процесса рецензирования. Пользователи и их головные организации не оплачивают эксплуатационные расходы объекта, которые составляют до 11 000 фунтов стерлингов за прибор в день. Расходы на транспорт и проживание покрываются для тех, кто связан с университетами Великобритании. Большинство пользователей останавливаются в отеле Ridgeway House, расположенном рядом с объектом, или в Cosener's House , конференц-центре STFC в Абингдоне . Ежегодно проводится более 600 экспериментов 1600 пользователей.
Большое количество вспомогательного персонала управляет учреждением, помогает пользователям и проводит исследования. В диспетчерской работают круглосуточно, каждый день в году. Специалисты по приборостроению наблюдают за работой каждого прибора и поддерживают связь с пользователями, а другие подразделения предоставляют образцы среды, анализ данных и вычислительную экспертизу, поддерживают ускоритель и проводят образовательные программы. ИГИЛ также является одним из немногих нейтронных объектов, имеющих значительную группу детекторов, которая исследует и разрабатывает новые методы сбора данных.
Среди важных и новаторских работ было открытие структуры высокотемпературных сверхпроводников и твердой фазы бакминстер-фуллерена. С другими недавними событиями можно ознакомиться здесь .
Строительство второй мишенной станции (ТС2) началось в 2003 году, а первые нейтроны были доставлены к мишени 14 декабря 2007 года. [7] TS2 использует нейтроны низкой энергии для изучения мягких конденсированных сред , биологических систем, современных композитов и наноматериалов .
На самом синхротроне проводился Международный эксперимент по ионизационному охлаждению мюонов (MICE) для паразитического запуска. [8] с 2008 по 2018 год. MICE заменил более ранний HEP Test Beam. [9]
Нейтронные и мюонные приборы
[ редактировать ]В настоящее время в ISIS Neutron и Muon Source используются следующие инструменты: [10]
Целевая станция 1
[ редактировать ]
- Альф — это центр выравнивания кристаллов.
- Crisp — нейтронный рефлектометр, предназначенный для исследований с высоким разрешением широкого спектра межфазных явлений.
- Engin-X — это нейтронный дифрактометр, оптимизированный для измерения деформации и, следовательно, напряжения глубоко внутри кристаллического материала.
- Gem — это нейтронный дифрактометр, который может проводить эксперименты с высокой интенсивностью и высоким разрешением для изучения структуры неупорядоченных материалов и кристаллических порошков.
- Hrpd — нейтронный дифрактометр, который является одним из порошковых нейтронных дифрактометров с самым высоким разрешением в мире.
- Ines — это нейтронный порошковый дифрактометр, созданный и управляемый Итальянским национальным исследовательским советом (CNR) в рамках соглашения о сотрудничестве с STFC.
- Iris — нейтронный спектрометр, предназначенный для квазиупругой и низкоэнергетической неупругой спектроскопии высокого разрешения.
- LOQ — это прибор малоуглового рассеяния нейтронов, используемый для исследования формы и размера крупных молекул, мелких частиц или пористых материалов, размеры которых обычно находятся в диапазоне 1–100 нм.
- Maps — это нейтронный спектрометр, в первую очередь предназначенный для исследования магнитных и структурных возбуждений в монокристаллах.
- MARI — нейтронный спектрометр, идеально подходящий для исследования плотности фононных состояний в кристаллических и неупорядоченных системах, а также возбуждений кристаллического поля в магнитных материалах.
- Merlin — это нейтронный спектрометр с высокой скоростью счета, средним энергетическим разрешением и чопперным спектрометром прямой геометрии.
- Осирис можно использовать в качестве нейтронного спектрометра или дифрактометра. Он оптимизирован для исследований при очень низких энергиях и дифракции на длинных волнах.
- Pearl — нейтронный дифрактометр, предназначенный для порошковой дифракции высокого давления.
- Polaris — это нейтронный дифрактометр, оптимизированный для быстрого определения характеристик структур, исследования небольших количеств материалов, быстрого сбора наборов данных и исследования материалов в условиях, отличных от окружающей среды.
- Rotax используется для испытаний детекторов и оборудования.
- SANDALS — нейтронный дифрактометр, специально созданный для исследования структуры жидкостей и аморфных материалов.
- SURF нейтронный рефлектометр, один из ведущих инструментов в мире для исследования границы раздела жидкостей.
- SXD — это нейтронный дифрактометр, который эффективен в приложениях, связанных с исследованием обратного пространства, таких как фазовые переходы и несоизмеримые структуры, а также в приложениях, где ориентация образца может быть ограничена.
- Tosca — нейтронный спектрометр, оптимизированный для исследования молекулярных колебаний в твердом состоянии.
- Vesuvio — это нейтронный спектрометр, который использует высокую интенсивность нейтронов в диапазоне энергий эВ (эпитепловые нейтроны) для разделения спектров по массе и получения набора распределений ядерных импульсов.
- EMU — это микроспектрометр, оптимизированный для измерений в нулевом и продольном поле.
- MuSR — это спектрометр μSR, который можно поворачивать на 90 градусов, что позволяет проводить как продольные, так и поперечные измерения.
- HIFI — это мюонный прибор с сильным полем, который создает приложенные продольные поля до 5 Тл.
- Argus — мюонный спектрометр для исследования конденсированных сред и молекулярных исследований.
- CHRONUS — это мюонный прибор на принадлежащей Японии мюонной установке RIKEN-RAL.
Целевая станция 2
[ редактировать ]- Прибор для облучения чипов ChipIR , предназначенный для облучения микроэлектроники нейтронами атмосферного типа.
- IMAT — это прибор нейтронной визуализации и дифракции для материаловедения, обработки материалов и инженерии.
- Inter — это рефлектометр для определения химических границ высокой интенсивности, предлагающий уникальную возможность для исследования ряда границ раздела воздух/жидкость, жидкость/жидкость, воздух/твёрдое тело и жидкость/твёрдое тело.
- Лармор — это гибкий прибор для рассеяния нейтронов под малым углом, оптимизированный для разработки новых методов рассеяния нейтронов, которые используют ларморовскую прецессию нейтронов для кодирования энергии или направления.
- LET — это нейтронный спектрометр, оптимизированный для изучения динамики конденсированных сред, чтобы понять микроскопическую природу свойств материалов.
- NIMROD — это нейтронный дифрактометр, предназначенный для доступа к масштабам длин от межатомного (< 1 Å) до мезоскопического (>300 Å).
- Offspec — это нейтронный рефлектометр, который обеспечивает доступ к нанометровым масштабам параллельно и перпендикулярно границам раздела.
- Polref — нейтронный рефлектометр, предназначенный для изучения магнитного упорядочения внутри и между слоями и поверхностями тонкопленочных материалов.
- Sans2d — это прибор малоуглового рассеяния нейтронов, который можно использовать для исследования размера, формы, внутренней структуры и пространственного расположения наноматериалов, «мягкой материи» и коллоидных систем, в том числе биологического происхождения, в масштабах длины* 0,25–300. нм.
- Wish — это нейтронный дифрактометр, предназначенный для порошковой дифракции на большом расстоянии друг от друга в магнитных системах и системах с большими элементарными ячейками, с возможностью проведения экспериментов на монокристаллах и поляризованных пучках.
- Zoom — это гибкий прибор для рассеяния под малым углом с высокой скоростью счета.
В популярной культуре
[ редактировать ]Финальный эпизод первой серии « Тайны частиц» снимался на месте. Сайт также упоминается в книге Itch Rocks . [11]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Ежегодный обзор источников нейтронов и мюонов ISIS за 2017 год» (PDF) . 18 декабря 2017 года . Проверено 17 апреля 2018 г.
- ^ Д. Финдли. «Линаки в лаборатории Резерфорда Эпплтона» . Электронные публикации STFC . УКР. Архивировано (PDF) из оригинала 29 июня 2006 г. Проверено 03 мая 2021 г.
- ^ «Коммонс Хансард» . Парламентские дебаты (Хансард) . Палата общин . 14 марта 1961 года . Проверено 6 июня 2009 г.
- ^ «Инструменты второго этапа» . Проверено 17 июля 2012 г.
- ^ «Исследование воздействия ИГИЛ на всю жизнь, Том 1 – Полный отчет» . stfc.ukri.org . Ноябрь 2016 года . Проверено 17 апреля 2018 г.
- ^ Совет по науке и технологиям (июль 2018 г.). Годовой отчет и финансовая отчетность за 2017–2018 годы . п. 91. OCLC 1053748833 .
- ↑ Проект второй целевой станции ИГИЛ. Архивировано 21 сентября 2005 г., в Wayback Machine.
- ^ Томасон, JWG (2019). «Источник расщепленных нейтронов и мюонов ISIS — первые тридцать три года» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . А917 (1): 61–67. Бибкод : 2019НИМПА.917...61Т . дои : 10.1016/j.nima.2018.11.129 .
- ^ Макдональд, К. «Отчет Международной рабочей группы по мюонным лучам» (PDF) . Нацеливание мюонного коллайдера и вращение фаз (NuFACT'01) . Архивировано (PDF) из оригинала 11 сентября 2006 г. Проверено 3 мая 2021 г.
- ^ «Страница инструментов ИГИЛ» . Проверено 17 апреля 2018 г.
- ^ Мэйо, Саймон (2013). Зуд скал . Даблдэй . п. 374. ИСБН 9780857531322 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Домашняя страница сайта ISIS Neutron and Muon Source
- Совет по науке и технологиям
- Британские исследования и инновации
- Булл, Мартин. «Исида» . Закулисная наука . Брэйди Харан .
- Посмотреть все публикации ISIS по нейтронным и мюонным источникам на ePubs
- Основные статьи по науке об источниках нейтронов и мюонов ИГИЛ