Fonte de Muons e Nêutrons ISIS - ISIS Neutron and Muon Source
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| Fonte de nêutrons e muons ISIS | |
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| Localização: | Laboratório Rutherford Appleton , Reino Unido |
| Objetivo Científico: | Oferece suporte à comunidade nacional e internacional de cerca de 3.000 cientistas que usam nêutrons e múons para pesquisas em física, química, ciência dos materiais, engenharia, biologia e muito mais. |
| Organização: | Pertencente e operado pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia, parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido . . |
| Local na rede Internet: | isis |
| Ciência com nêutrons |
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| Fundações |
| Dispersão de nêutrons |
| Outras aplicações |
| A infraestrutura |
| Instalações de nêutrons |
A ISIS Neutron and Muon Source é uma fonte pulsada de nêutrons e múons , estabelecida em 1984 no Laboratório Rutherford Appleton do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia , no Harwell Science and Innovation Campus em Oxfordshire , Reino Unido. Ele usa as técnicas de espectroscopia de múon e espalhamento de nêutrons para sondar a estrutura e a dinâmica da matéria condensada em uma escala microscópica que varia do subatômico ao macromolecular.
Centenas de experimentos são realizados todos os anos nas instalações por pesquisadores de todo o mundo, em diversas áreas da ciência, como física , química , engenharia de materiais , ciências da terra , biologia e arqueologia .
Física de fundo
Os nêutrons são constituintes descarregados dos átomos e penetram bem nos materiais, desviando-se apenas dos núcleos dos átomos. A acumulação estatística de nêutrons desviados em diferentes posições além da amostra pode ser usada para encontrar a estrutura de um material, e a perda ou ganho de energia por nêutrons pode revelar o comportamento dinâmico de partes de uma amostra, por exemplo, processos difusivos em sólidos. No ISIS, os nêutrons são criados acelerando 'grupos' de prótons em um síncrotron e , em seguida, colidindo-os com um alvo de metal pesado de tungstênio , sob uma carga de resfriamento constante para dissipar o calor do feixe de prótons de 160 kW. Os impactos fazem com que os nêutrons se espalhem pelos átomos de tungstênio, e os nêutrons são canalizados através de guias, ou linhas de luz , para cerca de 20 instrumentos, cada um individualmente otimizado para o estudo de diferentes tipos de interações entre o feixe de nêutrons e a matéria. A estação-alvo e a maioria dos instrumentos são colocados em um grande salão. Os nêutrons são uma forma perigosa de radiação, então o alvo e as linhas de luz são fortemente blindados com concreto.
A fonte ISIS de nêutrons e múons produz múons colidindo uma fração do feixe de prótons com um alvo de grafite , produzindo píons que decaem rapidamente em múons, entregues em um feixe polarizado por spin para as estações de amostragem.
História
A fonte foi aprovada em 1977 para o site RAL no campus Harwell e componentes reciclados de programas de ciências anteriores do Reino Unido, incluindo o hall do acelerador que havia sido anteriormente ocupado pelo acelerador Nimrod . A primeira viga foi produzida em 1984, e a instalação foi formalmente inaugurada pela então Primeira-Ministra Margaret Thatcher em outubro de 1985.
O nome ISIS não é um acrônimo: refere-se à deusa egípcia antiga e ao nome local do rio Tamisa . O nome foi escolhido para a inauguração oficial da instalação em 1985, antes disso era conhecido como SNS, ou Spallation Neutron Source. O nome foi considerado apropriado porque Ísis era uma deusa que poderia restaurar a vida aos mortos, e o ISIS fez uso de equipamentos previamente construídos para os aceleradores Nimrod e NINA .
A segunda estação alvo foi financiada em 2003 por Lord Sainsbury , então ministro da Ciência, e foi concluída em 2009, dentro do prazo e do orçamento, com a abertura de 7 instrumentos. Em março de 2011, o Ministro da Ciência , David Willetts, investiu £ 21 milhões para construir 4 novos instrumentos, que agora estão todos em fase de comissionamento ou com cronograma completo.
A fonte de nêutrons e muons do ISIS deveria ter uma vida operacional de 20 anos (1985 a 2005), mas seu sucesso contínuo levou a um processo de renovação e investimentos adicionais, com o objetivo de avançar a instalação e estender a vida do ISIS até 2030 .
De acordo com seu Relatório Anual de 2017–2018, o STFC espera que o fim da fonte de nêutrons pulsados ISIS e da Segunda Estação Alvo associada seja em 2040 e prevê o descomissionamento em 55 anos. O custo da eliminação de resíduos radioativos pode variar entre £ 9 milhões e £ 16 milhões.
Ciência
A ISIS Neutron and Muon Source é administrada e operada pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (anteriormente CCLRC ). O Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia, ou STFC, faz parte do UK Research and Innovation . O tempo experimental está aberto a usuários acadêmicos de países financiadores e é solicitado por meio de uma 'chamada de propostas' semestral. A alocação de pesquisa, ou 'tempo de feixe', é distribuída aos candidatos por meio de um processo de revisão por pares. Os usuários e suas instituições de origem não pagam pelos custos de funcionamento da instalação, que chegam a £ 11.000 por instrumento por dia. Os custos de transporte e de vida costumavam ser reembolsados durante a realização do experimento, mas não são mais. A maioria dos usuários fica em Ridgeway House, um hotel próximo ao local, ou na Cosener House , um centro de conferências administrado pelo STFC em Abingdon . Mais de 600 experimentos por 1.600 usuários são concluídos a cada ano.
Um grande número de funcionários de apoio opera a instalação, auxilia os usuários e realiza pesquisas, a sala de controle funciona 24 horas por dia, todos os dias do ano. Os cientistas de instrumentos supervisionam a execução de cada instrumento e fazem a ligação com os usuários, e outras divisões fornecem ambiente de amostra, análise de dados e experiência em computação, mantêm o acelerador e executam programas educacionais. O ISIS também é uma das poucas instalações de nêutrons a ter um grupo significativo de detectores que pesquisa e desenvolve novas técnicas de coleta de dados.
Entre os trabalhos importantes e pioneiros realizados está a descoberta da estrutura de supercondutores de alta temperatura e a fase sólida do buckminster-fulereno. Outros desenvolvimentos recentes podem ser encontrados aqui .
A construção de uma segunda estação alvo (TS2) começou em 2003, e os primeiros nêutrons foram entregues ao alvo em 14 de dezembro de 2007. TS2 usa nêutrons de baixa energia para estudar matéria condensada mole , sistemas biológicos, compostos avançados e nanomateriais .
O próprio síncrotron hospedou o Experimento Internacional de Resfriamento por Ionização de Muons (MICE) para parasitas em execução de 2008 a 2018. O MICE substituiu o feixe de teste HEP anterior.
Instrumentos de nêutrons e múons
Os instrumentos atualmente na ISIS Neutron and Muon Source são:
Estação Alvo 1
- Alf é uma instalação de alinhamento de cristal.
- Crisp é um refletômetro de nêutrons projetado para estudos de alta resolução de uma ampla gama de fenômenos interfaciais.
- Engin-X é um difratômetro de nêutrons otimizado para a medição de deformação e, portanto, de estresse, nas profundezas de um material cristalino.
- Gem é um difratômetro de nêutrons que pode realizar experimentos de alta intensidade e resolução para estudar a estrutura de materiais desordenados e pós cristalinos.
- Hrpd é um difratômetro de nêutrons que é um dos difratômetros de pó de nêutrons de mais alta resolução de seu tipo no mundo.
- Ines é um difratômetro de pó de nêutrons, construído e gerenciado pelo Conselho Nacional de Pesquisa da Itália (CNR) no âmbito do acordo de cooperação com o STFC.
- Iris é um espectrômetro de nêutrons, projetado para espectroscopia inelástica de alta resolução quase elástica e de baixa energia.
- LOQ é um instrumento de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo usado para investigar a forma e o tamanho de moléculas grandes, pequenas partículas ou materiais porosos com dimensões tipicamente na faixa de 1 - 100 nm.
- Maps é um espectrômetro de nêutrons, projetado principalmente para lidar com excitações magnéticas e estruturais em cristais únicos.
- MARI é um espectrômetro de nêutrons, ideal para o estudo de densidades de fônons de estados em sistemas cristalinos e desordenados, e excitações de campos cristalinos em materiais magnéticos.
- Merlin é um espectrômetro de nêutrons com alta taxa de contagem, resolução de energia média e espectrômetro chopper de geometria direta.
- O Osiris pode ser usado como espectrômetro de nêutrons ou difratômetro. É otimizado para estudos de energia muito baixa e difração de comprimento de onda longo
- Pearl é um difratômetro de nêutrons dedicado à difração de pó de alta pressão.
- Polaris é um difratômetro de nêutrons otimizado para a caracterização rápida de estruturas, o estudo de pequenas quantidades de materiais, a coleta de conjuntos de dados em tempo rápido e o estudo de materiais em condições não ambientais.
- Rotax é usado para testes de detectores e equipamentos.
- SANDALS é um difratômetro de nêutrons especialmente construído para investigar a estrutura de líquidos e materiais amorfos.
- SURF um refletômetro de nêutrons um dos principais instrumentos do mundo para pesquisa de interface de líquido.
- SXD é um difratômetro de nêutrons que é poderoso em aplicações que envolvem levantamentos de espaço recíproco, como transições de fase e estruturas incomensuráveis, e também em aplicações onde a orientação da amostra pode ser restrita.
- Tosca é um espectrômetro de nêutrons otimizado para o estudo de vibrações moleculares no estado sólido.
- O Vesúvio é um espectrômetro de nêutrons que usa a alta intensidade dos nêutrons na faixa de energia eV (nêutrons epitérmicos) para separar os espectros em massa em uma coleção de distribuições de momento nuclear.
- EMU é um espectrômetro µSR, otimizado para campo zero e medições de campo longitudinal.
- MuSR é um espectrômetro µSR que pode ser girado em 90 graus para permitir a realização de medições longitudinais e transversais.
- HIFI é um instrumento de múon de alto campo que fornece campos longitudinais aplicados de até 5T.
- Argus é um espectrômetro de múon para matéria condensada e estudos moleculares.
- CHRONUS é um instrumento muon do RIKEN-RAL Muon Facility de propriedade japonesa.
Estação Alvo 2
- Instrumento de irradiação de chip ChipIR dedicado à irradiação de microeletrônica com nêutrons semelhantes à atmosfera.
- IMAT é um instrumento de difração e imagem de nêutrons para ciência de materiais, processamento de materiais e engenharia.
- Inter é um refletômetro de interfaces químicas de alta intensidade que oferece uma facilidade única para o estudo de uma variedade de interfaces ar / líquido, líquido / líquido, ar / sólido e líquido / sólido.
- Larmor é um instrumento flexível de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo que foi otimizado para o desenvolvimento de novas técnicas de espalhamento de nêutrons que usam a precessão de nêutrons de Larmor para codificar energia ou direção.
- LET é um espectrômetro de nêutrons otimizado para o estudo da dinâmica da matéria condensada para entender a origem microscópica das propriedades do material.
- NIMROD é um difratômetro de nêutrons projetado para acessar escalas de comprimento que vão desde o interatômico (<1 Å) até o mesoscópico (> 300 Å).
- Offspec é um refletômetro de nêutrons que dá acesso a escalas de comprimento nanométricas paralelas e perpendiculares às interfaces.
- Polref é um refletômetro de nêutrons projetado para o estudo da ordenação magnética dentro e entre as camadas e superfícies de materiais de filme fino.
- Sans2d é um instrumento de espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo que pode ser usado para examinar tamanho, forma, estrutura interna e arranjo espacial em nanomateriais, 'matéria mole' e sistemas coloidais, incluindo aqueles de origem biológica, em escalas de comprimento entre * 0,25-300 nm.
- Wish é um difratômetro de nêutrons projetado para difração de pó com espaçamento d longo em sistemas magnéticos e de células unitárias grandes, com a opção de permitir experimentos de cristal único e feixe polarizado.
- O Zoom é um instrumento de dispersão em pequenos ângulos de alta taxa de contagem flexível
Na cultura popular
O episódio final da série 1 de Sparticle Mystery foi filmado no local. O site também é citado no livro Itch Rocks .
Referências
links externos
- Página inicial do site ISIS Neutron and Muon Source
- O Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia
- Pesquisa e Inovação do Reino Unido
- Bull, Martyn. "Ísis" . Ciência dos bastidores . Brady Haran .
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Coordenadas : 51 ° 34′18 ″ N 1 ° 19′12 ″ W / 51,57167 ° N 1,32000 ° W