ISIS neutron- och muonkälla

För annan användning, se ISIS (disambiguation) .

ISIS neutron- och muonkälla
Plats:	Rutherford Appleton Laboratory , Storbritannien
Vetenskapligt syfte:	Stödjer ett nationellt och internationellt samhälle med cirka 3000 forskare som använder neutroner och myoner för forskning inom fysik, kemi, materialvetenskap, teknik, biologi och mer.
Organisation:	Ägs och drivs av Science and Technology Facilities Council som är en del av United Kingdom Research and Innovation . .
Hemsida:	isis .stfc .ac .uk

ISIS Neutron and Muon Source är en pulsad neutron- och myonkälla , etablerad 1984 vid Rutherford Appleton Laboratory of the Science and Technology Facilities Council , på Harwell Science and Innovation Campus i Oxfordshire , Storbritannien. Den använder teknikerna för myonspektroskopi och neutronspridning för att undersöka strukturen och dynamiken hos kondenserad materia i en mikroskopisk skala som sträcker sig från subatomär till makromolekylär.

Hundratals experiment utförs varje år vid anläggningen av forskare från hela världen, inom olika vetenskapsområden som fysik , kemi , materialteknik , geovetenskap , biologi och arkeologi .

Bakgrundsfysik

Neutroner är oladdade beståndsdelar i atomer och penetrerar material väl och avleder endast från atomernas kärnor . Den statistiska ackumuleringen av avböjda neutroner vid olika positioner bortom provet kan användas för att hitta strukturen hos ett material, och förlusten eller vinsten av energi från neutroner kan avslöja det dynamiska beteendet hos delar av ett prov, till exempel diffusiva processer i fasta ämnen. Vid ISIS skapas neutronerna genom att accelerera "klasar" av protoner i en synkrotron och sedan kollidera dessa med ett tungt volframmetallmål , under en konstant kylbelastning för att avleda värmen från den 160 kW protonstrålen. Nedslagen får neutroner att spjälka av volframatomerna, och neutronerna kanaliseras genom guider, eller strållinjer , till ett 20-tal instrument, var och en individuellt optimerad för att studera olika typer av interaktioner mellan neutronstrålen och materia. Målstationen och de flesta instrumenten är inställda i en stor sal. Neutroner är en farlig form av strålning, så målet och strållinjerna är kraftigt avskärmade med betong.

ISIS Neutron and Muon Source producerar myoner genom att kollidera en del av protonstrålen med ett grafitmål , vilket producerar pioner som snabbt sönderfaller till myoner, som levereras i en spinnpolariserad stråle till provstationer.

Historia

Källan godkändes 1977 för RAL-platsen på Harwell- campus och återvunna komponenter från tidigare brittiska vetenskapsprogram inklusive acceleratorhallen som tidigare hade varit ockuperad av Nimrod -acceleratorn. Den första balken tillverkades 1984, och anläggningen öppnades formellt av dåvarande premiärminister Margaret Thatcher i oktober 1985.

Namnet ISIS är inte en akronym: det syftar på den antika egyptiska gudinnan och det lokala namnet för Themsen . Namnet valdes för den officiella öppnandet av anläggningen 1985, innan detta var det känt som SNS, eller Spallation Neutron Source. Namnet ansågs passande eftersom Isis var en gudinna som kunde återupprätta liv till de döda, och ISIS använde sig av utrustning som tidigare konstruerats för acceleratorerna Nimrod och NINA .

Den andra målstationen fick finansiering 2003 av Lord Sainsbury , dåvarande vetenskapsminister, och färdigställdes 2009, i tid och budget, med öppnandet av 7 instrument. I mars 2011 vetenskapsministern David Willetts en investering på 21 miljoner pund för att bygga fyra nya instrument, som nu alla är i driftsättningsfas eller helt schemalagda instrument .

ISIS Neutron and Muon Source förväntades ursprungligen ha en operativ livslängd på 20 år (1985 till 2005), men dess fortsatta framgång ledde till en renoveringsprocess och ytterligare investeringar, avsedda att främja anläggningen och förlänga livslängden för ISIS fram till 2030 .

Enligt sin årsrapport från 2017–2018 förväntar sig STFC att slutet av ISIS pulsade neutronkälla och den tillhörande andra målstationen kommer att vara 2040 och räknar med att avvecklingen tar 55 år. Kostnaden för bortskaffande av radioaktivt avfall kan variera mellan 9 miljoner pund och 16 miljoner pund.

Vetenskap

ISIS Neutron and Muon Source administreras och drivs av Science and Technology Facilities Council (tidigare CCLRC ). Science and Technology Facilities Council, eller STFC, är en del av UK Research and Innovation . Experimenttid är öppen för akademiska användare från finansieringsländer och ansöks om genom en två gånger årligen "inbjudan att lämna förslag". Forskningstilldelning, eller "stråletid", tilldelas sökande via en peer-review-process. Användare och deras överordnade institutioner betalar inte för driftkostnaderna för anläggningen, som är så mycket som £11 000 per instrument och dag. Transport- och levnadskostnader täcks för dem som är associerade med brittiska universitet. De flesta användare bor i Ridgeway House, ett hotell nära platsen, eller på Cosener's House , ett STFC-drivet konferenscenter i Abingdon . Över 600 experiment av 1600 användare genomförs varje år.

Ett stort antal supportpersonal driver anläggningen, hjälper användare och utför forskning. Kontrollrummet är bemannat 24 timmar om dygnet, alla dagar på året. Instrumentforskare övervakar driften av varje instrument och har kontakt med användare, och andra divisioner tillhandahåller exempelmiljö, dataanalys och datorexpertis, underhåller acceleratorn och driver utbildningsprogram. ISIS är också en av få neutronanläggningar som har en betydande detektorgrupp som forskar och utvecklar nya tekniker för att samla in data.

Bland det viktiga och banbrytande arbete som utfördes var upptäckten av strukturen hos högtemperatursupraledare och den fasta fasen av buckminster-fulleren. Annan senaste utveckling kan hittas här .

Byggandet av en andra målstation (TS2) startade 2003, och de första neutronerna levererades till målet den 14 december 2007. TS2 använder lågenergineutroner för att studera mjukt kondenserat material , biologiska system, avancerade kompositer och nanomaterial .

Själva synkrotronen var värd för International Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) för parasit som kördes från 2008 till 2018. MICE ersatte den tidigare HEP Test Beam.

Neutron- och myoninstrument

Instrumenten för närvarande hos ISIS Neutron och Muon Source är:

Målstation 1

ISIS Neutron och Muon Source experimenthall Target Station 1

• Alf är en kristallinriktningsanläggning.
• Crisp är en neutronreflektometer designad för högupplösta studier av ett brett spektrum av gränssnittsfenomen.
• Engin-X är en neutrondiffraktometer optimerad för mätning av töjning, och därmed spänning, djupt inuti ett kristallint material.
• Gem är en neutrondiffraktometer som kan utföra experiment med hög intensitet och hög upplösning för att studera strukturen hos oordnade material och kristallina pulver.
• Hrpd är en neutrondiffraktometer som är en av världens högsta upplösning neutronpulverdiffraktometrar av sitt slag.
• Ines är en neutronpulverdiffraktometer, byggd och förvaltad av det italienska nationella forskningsrådet (CNR) inom samarbetsavtalet med STFC.
• Iris är en neutronspektrometer, designad för kvasi-elastisk och lågenergi högupplöst oelastisk spektroskopi.
• LOQ är ett instrument för neutronspridning med liten vinkel som används för att undersöka formen och storleken på stora molekyler, små partiklar eller porösa material med dimensioner typiskt inom intervallet 1 - 100 nm.
• Maps är en neutronspektrometer, främst designad för att hantera magnetiska och strukturella excitationer i enkristaller.
• MARI är en neutronspektrometer, idealisk för att studera fonondensiteter av tillstånd i kristallina och oordnade system, och kristallfältsexcitationer i magnetiska material.
• Merlin är en neutronspektrometer med hög räknehastighet, medelenergiupplösning, direktgeometrisk chopperspektrometer.
• Osiris kan användas som neutronspektrometer eller diffraktometer. Den är optimerad för studier med mycket låg energi och lång våglängdsdiffraktion
• Pearl är en neutrondiffraktometer dedikerad till högtryckspulverdiffraktion.
• Polaris är en neutrondiffraktometer optimerad för snabb karakterisering av strukturer, studier av små mängder material, insamling av datamängder i snabb tid och studier av material under icke-omgivande förhållanden.
• Rotax används för detektor- och utrustningstester.

En annan vy av ISIS Neutron och Muon Source experimenthall Target Station 1

• SANDALS är en neutrondiffraktometer speciellt byggd för att undersöka strukturen hos vätskor och amorfa material.
• SURF en neutronreflektometer ett av de ledande instrumenten i världen för forskning om vätskegränssnitt.
• SXD är en neutrondiffraktometer som är kraftfull i applikationer som involverar undersökningar av ömsesidigt utrymme, såsom fasövergångar och inkommensurerade strukturer, och även i applikationer där provets orientering kan vara begränsad.
• Tosca är en neutronspektrometer optimerad för studier av molekylära vibrationer i fast tillstånd.
• Vesuvio är en neutronspektrometer som använder den höga intensiteten hos neutroner i eV-energiområdet (epitermiska neutroner) för att massseparera spektra till en samling kärnkraftsfördelningar.
• EMU är en µSR-spektrometer, optimerad för nollfältsmätningar och longitudinella fältmätningar.
• MuSR är en µSR-spektrometer som kan roteras 90 grader för att möjliggöra både longitudinella och tvärgående mätningar.
• HIFI är ett högfältsmuoninstrument som ger applicerade longitudinella fält upp till 5T.
• Argus är en myonspektrometer för kondenserad materia och molekylära studier.
• CHRONUS är ett muoninstrument på den japanskägda RIKEN-RAL Muon-anläggningen.

ISIS Neutron och Muon Sources andra målstation.

Målstation 2

• ChipIR chip bestrålningsinstrument dedikerat till bestrålning av mikroelektronik med atmosfärsliknande neutroner.
• IMAT är ett neutronavbildnings- och diffraktionsinstrument för materialvetenskap, materialbearbetning och ingenjörskonst.
• Inter är en högintensiv reflektometer för kemiska gränssnitt som erbjuder en unik möjlighet för studier av en rad gränssnitt mellan luft/vätska, vätska/vätska, luft/fast och vätska/fast substans.
• Larmor är ett flexibelt instrument för neutronspridning med liten vinkel som har optimerats för utveckling av nya neutronspridningstekniker som använder Larmor-precessionen av neutroner för att koda energi eller riktning.
• LET är en neutronspektrometer optimerad för studier av dynamik i kondenserad materia för att förstå materialegenskapernas mikroskopiska ursprung.
• NIMROD är en neutrondiffraktometer utformad för att komma åt längdskalor som sträcker sig från interatomär (< 1 Å) till mesoskopisk (>300 Å).
• Offspec är en neutronreflektometer som ger tillgång till nanometerlängdskalor parallella och vinkelräta mot gränssnitt.
• Polref är en neutronreflektometer designad för att studera den magnetiska ordningen i och mellan skikten och ytorna av tunna filmmaterial.
• Sans2d är ett instrument för neutronspridning med liten vinkel som kan användas för att undersöka storlek, form, inre struktur och rumsligt arrangemang i nanomaterial, "mjuk materia" och kolloidala system, inklusive de av biologiskt ursprung, på längdskalor mellan* 0,25-300 nm.
• Wish är en neutrondiffraktometer designad för pulverdiffraktion vid långa d-avstånd i magnetiska och stora enhetscellsystem, med möjlighet att möjliggöra experiment med enkristall och polariserade strålar.
• Zoom är ett flexibelt instrument för spridning av små vinklar med hög räkningshastighet.

I populärkulturen

Det sista avsnittet av serie 1 av Sparticle Mystery filmades på plats. Webbplatsen hänvisas även till i boken Itch Rocks .

externa länkar

• ISIS Neutron och Muon Source hemsida hemsida
• Science and Technology Facilities Council
• Storbritanniens forskning och innovation
• Bull, Martyn. "Isis" . Backstage Science . Brady Haran .
• Se alla ISIS-publikationer av neutroner och Muonkällor på ePub
• ISIS Neutron och Muon Source Science Highlight-artiklar