Источник нейтронов и мюонов ИГИЛ - ISIS Neutron and Muon Source

Источник нейтронов и мюонов ИГИЛ
Место расположения:	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, инженерии, биологии и т. Д.
Организация:	Принадлежит и управляется Советом по науке и технологиям, входящим в состав Соединенного Королевства по исследованиям и инновациям . .
Веб-сайт:	isis .stfc .ac .uk

ISIS нейтронный и мюонного Источник представляет собой импульсный нейтрон и мюон источник, созданный в 1984 в Appleton лаборатории Резерфорда в зал Совета по науке и технике , на Харуэлл науки и инноваций Campus в Оксфордшир , Великобритания. Он использует методы мюонной спектроскопии и рассеяния нейтронов для исследования структуры и динамики конденсированного вещества в микроскопическом масштабе, от субатомного до макромолекулярного.

Сотни экспериментов ежегодно проводятся на объекте исследователями со всего мира в различных областях науки, таких как физика , химия , материаловедение , науки о Земле , биология и археология .

Фоновая физика

Нейтроны являются незаряженными составляющими атомов и хорошо проникают в материалы, отклоняясь только от ядер атомов. Статистическое накопление отклоненных нейтронов в различных положениях за пределами образца может быть использовано для определения структуры материала, а потеря или усиление энергии нейтронами может выявить динамическое поведение частей образца, например диффузионные процессы в твердых телах. В ISIS нейтроны создаются путем ускорения «сгустков» протонов в синхротроне , а затем их столкновения с тяжелой металлической вольфрамовой мишенью при постоянной охлаждающей нагрузке для рассеивания тепла от протонного пучка мощностью 160 кВт. Воздействие вызывают нейтронов скол от атомов вольфрама, а нейтроны направляются через направляющие, или beamlines , чтобы около 20 инструментов, каждый из которых по отдельности оптимизированы для изучения различных типов взаимодействий между пучком нейтронов и материи. Целевая станция и большинство инструментов размещены в большом зале. Нейтроны - опасная форма излучения, поэтому цель и лучи надежно защищены бетоном.

Источник нейтронов и мюонов ISIS производит мюоны , сталкивая часть протонного пучка с графитовой мишенью, производя пионы, которые быстро распадаются на мюоны, доставляемые спин-поляризованным пучком на станции отбора проб.

История

Источник был одобрен в 1977 году для участка RAL в кампусе Харвелла и переработал компоненты из более ранних научных программ Великобритании, включая зал ускорителей, который ранее был занят ускорителем Nimrod . Первая балка была произведена в 1984 году, и предприятие было официально открыто тогдашним премьер-министром Маргарет Тэтчер в октябре 1985 года.

Название ISIS 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 нейтронов расщепления. Название было сочтено подходящим, поскольку Исида была богиней, которая могла восстанавливать жизнь мертвым, и ИГИЛ использовало оборудование, ранее сконструированное для ускорителей Nimrod и NINA .

Вторая целевая станция была профинансирована в 2003 году лордом Сейнсбери , тогдашним министром науки, и была завершена в 2009 году в срок и в установленные сроки с открытием 7 приборов. В марте 2011 года министр науки , Дэвид Willetts дал инвестиции в 21 миллионов фунтов стерлингов на строительство 4 новых инструментов, которые в настоящее время все в их ввода в эксплуатацию фазы или полностью запланированных инструментов.

Первоначально предполагалось, что срок эксплуатации нейтронного и мюонного источника ISIS составит 20 лет (с 1985 по 2005 гг.), Но его дальнейший успех привел к процессу ремонта и дальнейшим инвестициям, направленным на улучшение объекта и продление срока службы ISIS до 2030 года. .

Согласно годовому отчету за 2017–2018 годы, STFC ожидает, что импульсный источник нейтронов ISIS и связанная с ним Вторая целевая станция прекратятся в 2040 году, а вывод из эксплуатации займет 55 лет. Стоимость захоронения радиоактивных отходов может составлять от 9 до 16 миллионов фунтов стерлингов.

Наука

ISIS Neutron and Muon Source находится в ведении Совета по науке и технологиям (ранее CCLRC ). Совет по науке и технологиям, или STFC, является частью UK Research and Innovation . Экспериментальное время открыто для академических пользователей из стран-спонсоров и запрашивается через два раза в год «конкурс заявок». Распределение исследований, или «время луча», распределяется между соискателями через процесс экспертной оценки. Пользователи и их головные учреждения не оплачивают текущие расходы на установку, которые составляют до 11 000 фунтов стерлингов на прибор в день. Раньше их расходы на транспорт и проживание возмещались во время проведения эксперимента, но теперь этого не происходит. Большинство пользователей останавливаются в Ridgeway House, отеле рядом с сайтом, или в Cosener's House , конференц-центре STFC в Абингдоне . Ежегодно проводится более 600 экспериментов с участием 1600 пользователей.

Большое количество вспомогательного персонала обслуживает объект, помогает пользователям и проводит исследования, диспетчерская обслуживается 24 часа в сутки, 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, обслуживают ускоритель и проводят образовательные программы. ISIS также является одним из немногих нейтронных объектов, у которого есть значительная группа детекторов, которая исследует и разрабатывает новые методы сбора данных.

Среди выполненных важных и новаторских работ было открытие структуры высокотемпературных сверхпроводников и твердой фазы бакминстер-фуллерена. Другие последние разработки можно найти здесь .

Строительство второй целевой станции (TS2) началось в 2003 году, и первые нейтроны были доставлены к цели 14 декабря 2007 года. TS2 использует нейтроны низкой энергии для изучения мягкого конденсированного вещества , биологических систем, современных композитов и наноматериалов .

В самом синхротроне с 2008 по 2018 год был проведен Международный эксперимент по охлаждению с ионизацией мюонов (MICE) для паразитной работы. MICE заменил более ранний испытательный пучок HEP.

Нейтронные и мюонные инструменты

В настоящее время в ISIS Neutron and Muon Source используются следующие инструменты:

Целевая станция 1

ISIS, экспериментальный зал с источниками нейтронов и мюонов Target Station 1

Alf - это установка для выравнивания кристаллов.
Crisp - это нейтронный рефлектометр, разработанный для исследования широкого спектра межфазных явлений с высоким разрешением.
Engin-X - это нейтронный дифрактометр, оптимизированный для измерения деформации и, следовательно, напряжения глубоко внутри кристаллического материала.
Gem - это нейтронный дифрактометр, с помощью которого можно проводить эксперименты с высокой интенсивностью и разрешением для изучения структуры неупорядоченных материалов и кристаллических порошков.
Hrpd - это 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 - это нейтронный спектрометр, разработанный для квазиупругой и низкоэнергетической неупругой спектроскопии с высоким разрешением.
LOQ - это прибор для малоуглового рассеяния нейтронов, используемый для исследования формы и размера больших молекул, мелких частиц или пористых материалов с размерами обычно в диапазоне от 1 до 100 нм.
Maps - это нейтронный спектрометр, в первую очередь разработанный для измерения магнитных и структурных возбуждений в монокристаллах.
MARI - это нейтронный спектрометр, идеально подходящий для изучения 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, спектрометр с прерывателем прямой геометрии.
Osiris можно использовать как нейтронный спектрометр или дифрактометр. Он оптимизирован для исследований при очень низких энергиях и длинноволновой дифракции.
Pearl - это нейтронный дифрактометр, предназначенный для дифракции на порошке под высоким давлением.
Polaris - это нейтронный дифрактометр, оптимизированный для быстрой характеристики структур, исследования небольших количеств материалов, сбора наборов данных в кратчайшие сроки и исследования материалов в условиях, отличных от окружающей среды.
Rotax используется для испытаний детекторов и оборудования.

Другой вид на экспериментальный зал ИГИЛ с источниками нейтронов и мюонов Target Station 1

SANDALS - это нейтронный дифрактометр, специально созданный для исследования структуры жидкостей и аморфных материалов.
SURF - нейтронный рефлектометр, один из ведущих в мире приборов для исследования границ раздела жидкостей.
SXD - это нейтронный дифрактометр, который эффективен в приложениях, включающих исследования обратного пространства, таких как фазовые переходы и несоразмерные структуры, а также в приложениях, где ориентация образца может быть ограничена.
Tosca - это нейтронный спектрометр, оптимизированный для изучения молекулярных колебаний в твердом состоянии.
Vesuvio - это нейтронный спектрометр, который использует нейтроны высокой интенсивности в диапазоне энергий эВ (эпитепловые нейтроны) для массового разделения спектров на совокупность распределений ядерных импульсов.
EMU - это спектрометр µSR, 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 обеспечивает приложенные продольные поля до 5Тл.
Argus - это мюонный спектрометр для исследования конденсированных сред и молекул.
CHRONUS - это мюонный прибор на мюонной установке RIKEN-RAL, принадлежащей Японии.

Вторая целевая станция источника нейтронов и мюонов ИГИЛ.

Целевая станция 2

Прибор для облучения чипов ChipIR , предназначенный для облучения микроэлектроники нейтронами, подобными атмосферным.
IMAT - это прибор для нейтронной визуализации и дифракции для материаловедения, обработки материалов и инженерии.
Inter - это высокоинтенсивный рефлектометр с химическими интерфейсами, предлагающий уникальное средство для исследования ряда границ раздела воздух / жидкость, жидкость / жидкость, воздух / твердое тело и жидкость / твердое тело.
Larmor - это гибкий прибор для малоуглового рассеяния нейтронов, который был оптимизирован для разработки новых методов рассеяния нейтронов, которые используют ларморовскую прецессию нейтронов для кодирования энергии или направления.
LET - это нейтронный спектрометр, оптимизированный для изучения динамики в конденсированных средах, чтобы понять микроскопическое происхождение свойств материала.
NIMROD - это нейтронный дифрактометр, предназначенный для доступа к масштабам длины от межатомного (<1 Å) до мезоскопического (> 300 Å).
Offspec - это нейтронный рефлектометр, который дает доступ к нанометровым шкалам длины, параллельным и перпендикулярным интерфейсам.
Polref - это нейтронный рефлектометр, разработанный для изучения магнитного упорядочения внутри слоев и поверхностей тонкопленочных материалов и между ними.
Sans2d - это инструменты для малоуглового рассеяния нейтронов, которые можно использовать для исследования размера, формы, внутренней структуры и пространственного расположения наноматериалов, «мягкой материи» и коллоидных систем, в том числе биологического происхождения, на масштабах от 0,25 до 300 нм.
Wish - это нейтронный дифрактометр, разработанный для дифракции на порошке при большом d-интервале в магнитных системах и системах с крупными элементарными ячейками, с возможностью проведения экспериментов с монокристаллами и поляризованным пучком.
Zoom - это гибкий инструмент для малоуглового рассеяния с высокой скоростью счета.

В популярной культуре

На месте снимали заключительный эпизод 1-го сериала « Тайны частиц» . Этот сайт также упоминается в книге Itch Rocks .

Внешние ссылки

Домашняя страница сайта ISIS Neutron and Muon Source
Совет по науке и технологиям
Британские исследования и инновации
Бык, Мартын. «Исида» . Закулисная наука . Брэди Харан .
Просмотреть все публикации ISIS по источникам нейтронов и мюонов в ePubs
Основные статьи по науке об источниках нейтронов и мюонов ISIS

Координаты : 51 ° 34′18 ″ с.ш., 1 ° 19′12 ″ з.д. / 51,57167 ° с. Ш. 1,32000 ° з. / 51.57167; -1,32000

Languages

In other projects