Европейский источник скола - European Spallation Source

Европейский источник скола ERIC
ESS Logo Frugal Blue cmyk.png
Научная цель: предоставить уникальную информацию о структуре и свойствах материалов в различных областях биологии, химии, физики и инженерии.
Место расположенияЛунд, Швеция
ПредлагающийЭРИК
Сайт проектаевропейский.se
Положение делВ разработке
ТипИсследовательские лаборатории
Дата начала2013
Дата завершения2025
Наука с нейтроны
Neutron.svg
Фонды
Рассеяние нейтронов
Другие приложения
Инфраструктура
Нейтронные объекты

В Европейский источник скола ERIC (ESS) - это многопрофильный исследовательский центр, основанный на том, что будет самым мощным в мире импульсным источник нейтронов.[1] В настоящее время он строится в Лунд, Швеция.[2] Центр управления данными и программного обеспечения ESS (DMSC) будет расположен в Копенгаген, Дания.[3] 13 европейских стран-членов выступают в качестве партнеров в строительстве и эксплуатации ESS.[4] ESS запустит программу научных пользователей в 2023 году, а этап строительства будет завершен к 2025 году.[5] ESS - это самый мощный в мире источник нейтронов следующего поколения, который позволит ученым увидеть и понять основные атомные структуры и силы в длительных и временных масштабах, недоступных для других источников нейтронов.[6]

ESS стала Консорциум европейской исследовательской инфраструктуры, или ЭРИК,[7] 1 октября 2015 года. Европейский источник расщепления. ERIC - «совместная европейская организация, приверженная строительству и эксплуатации ведущего в мире объекта для исследований с использованием нейтронов».[8][9]

ESS будет использовать раскол, процесс, в котором фрагменты материала (скол ) выбрасываются из тела в результате удара или стресса. Будущий объект состоит из линейный ускоритель в котором протоны ускоряются и сталкиваются с вращающимся, охлаждаемым гелием вольфрам цель.[10] Благодаря этому процессу интенсивные импульсы нейтроны испускаются и проходят через лучи на экспериментальные станции, где проводятся исследования на различных материалах. Это поможет открывать и разрабатывать новые материалы для применения в производстве, фармацевтические препараты, аэрокосмический, двигатели, пластмассы, энергия, телекоммуникации, транспорт, информационные технологии и биотехнология.[4][11][12][13] По замыслу разработчиков, ESS будет обеспечивать пучки нейтронов до 30 раз ярче, чем любой нынешний источник нейтронов.[14] ESS также спроектирован таким образом, чтобы быть углеродно-нейтральным и, как ожидается, уменьшит CO.2 выбросы в регионе.[15][16]

Информацию о научных инструментах, выбранных для создания в ESS, можно найти здесь.

История

Когда Источник нейтронов ISIS был построен в Англии в 1985 году, его радикальный успех в создании косвенных изображений молекулярных структур в конечном итоге повысил вероятность гораздо более мощного источника скола. К 1993 году Европейская ассоциация по рассеянию нейтронов начала отстаивать то, что станет самым амбициозным и широко распространенным источником расщепления в мире - ESS.[17]

Вскоре нейтронная наука стала важнейшим инструментом в разработке промышленных и потребительских товаров во всем мире. Настолько, что Организация экономического развития (ОЭСР) заявила в 1999 году, что следует создать новое поколение высокоинтенсивных источников нейтронов, по одному в Северной Америке, Азии и Европе.[17] Проблема Европы заключалась в ее разнообразном составе национальных правительств и активном исследовательском сообществе, насчитывающем тысячи человек. В 2001 году Европейская дорожная карта для развития системы с приводом от ускорителя для сжигания ядерных отходов оценивается, что ESS может подготовить луч для пользователей в 2010 году.[18] Европейская международная целевая группа собралась в Бонне в 2002 году для анализа результатов, и был достигнут положительный консенсус в отношении создания ESS. Группа заинтересованных сторон встретилась год спустя, чтобы рассмотреть прогресс целевой группы, и в 2003 году была принята новая концепция проекта, которая установила курс для начала работы к 2019 году.[17]

В течение следующих пяти лет разыгрывался конкурентный и в то же время совместный процесс выбора сайта, и Лунд, Швеция был выбран в качестве предпочтительного сайта; окончательный выбор Лунда был объявлен в Брюсселе 28 мая 2009 года.[17] 1 июля 2010 г. персонал и операции ESS Scandinavia были переведены из Лундский университет компании «European Spallation Source ESS AB», компании с ограниченной ответственностью, созданной для проектирования, строительства и эксплуатации Европейского источника расслоения в Лунде. Штаб-квартира компании находится в центре Лунда.[19]

1 октября 2015 года ESS стал Консорциумом европейской исследовательской инфраструктуры, или ERIC. Членами-учредителями ERIC являются члены-учредители Европейского источника расщепления ERIC: Чешская Республика, Дания, Эстония, Франция, Германия, Венгрия, Италия, Норвегия, Польша, Испания, Швеция, Швейцария и Великобритания.[7]

По состоянию на 2013 год ориентировочная стоимость объекта составит около 1,843 млрд евро. Принимающие страны Швеция и Дания планируют выделить около половины суммы. Однако переговоры о точных взносах каждого партнера все еще продолжаются.[20] С 2010 г. по 30 сентября 2015 г. ESS работала как шведская Актиеболаг, или AB.[17]

Выбор сайта

Первоначально рассматривались три возможных сайта ESS: Бильбао (Испания), Дебрецен (Венгрия) и Лунд (Швеция).[21]

28 мая 2009 года семь стран заявили о поддержке размещения ESS в Швеции. Более того, Швейцария и Италия указали, что они поддержат сайт в большинстве своем.[22] 6 июня 2009 года Испания сняла кандидатуру Бильбао и подписала соглашение о сотрудничестве со Швецией, поддерживая Лунд в качестве основного объекта, но при этом работа по разработке ключевых компонентов выполняется в Бильбао. Это эффективно определило местоположение ESS; Сейчас проходят подробные экономические переговоры между странами-участницами.[23] 18 декабря 2009 года Венгрия также решила предварительно поддержать ESS в Лунде, таким образом сняв кандидатуру Дебрецена.[21][24]

Строительство объекта началось в начале 2014 года, а в сентябре того же года состоялось знаменательное событие. Пользовательская программа начнется в 2023 году, и планируется, что она будет полностью готова к 2025 году.[5] ESS предоставляет еженедельные обновления хода строительства и веб-камеры на стройплощадке в реальном времени на своем сайте.

Линейный ускоритель

ESS использует линейный ускоритель[25] (линейный ускоритель ) для ускорения пучка протонов с выхода его ионный источник в 75 кэВ до 2 ГэВ, на входе в ускоритель протоны движутся на ~ 1% от скорость света и в конце ускорителя они достигают скорости ~ 95% скорости света. В ускорителе используются как нормальная проводимость, так и сверхпроводящие полости.

Нормальные проводящие полости - это радиочастотный квадруполь, Запрос предложения, работающий на частоте 352,21 МГц и ускоряющий пучок протонов до энергии 3,62 МэВ. Следующая структура - это транспортная линия для протонов средней энергии, MEBT, которая транспортирует пучок от RFQ к следующей структуре для дальнейшего ускорения. В MEBT измеряются свойства луча, луч очищается от поперечного ореола вокруг луча, а также головка и хвост импульса луча очищаются с помощью электромагнитного прерывателя с поперечным отклонением. Линейный ускоритель с дрейфовой трубкой, DTL, который является структурой после MEBT, ускоряет пучок до ~ 90 МэВ. При этой энергии происходит переход от нормальных проводящих полостей к сверхпроводящим полостям.

Три семейства сверхпроводящих полостей ускоряют пучок до его конечной энергии 2 ГэВ, сначала секция с использованием резонаторов с двойными спицами до энергии ~ 216 Мэв, затем два семейства эллиптических полостей, которые оптимизированы для ускорения протонов средней и высокой энергии при частота 704,42 МГц. Следуя за эллиптическими полостями, передаточная линия направляет луч к цели, и непосредственно перед отправкой луча к цели для образования нейтронов расщепления луч расширяет и окрашивает цель, чтобы рассеять генерируемое тепло на большей площади.

Частота повторения линейного ускорителя составляет 14 Гц, а длительность импульсов протонов составляет 2,86 мс, что делает коэффициент заполнения линейного ускорителя 4%. Ток пучка в импульсе составляет 62,5 мА, а средний ток пучка - 2,5 мА.

За исключением RFQ, в котором используется та же структура и поле для ускорения и фокусировки пучка, поперечная фокусировка пучка протонов выполняется с помощью магнитных линз. В низкоэнергетическом транспорте пучка сразу после источника ионов магнитная соленоиды используются, в DTL постоянный квадруполь магниты используются, а в остальной части линейного ускорителя используются электромагнитные квадруполи.

Мишень откола и ее воздействие на окружающую среду

  • Источник ESS будет построен на твердой вольфрам цель, охлаждаемая гелий газ.[26][27][28]
  • Радиоактивные вещества будут производиться раскол процесса, но твердая мишень делает обращение с этими материалами проще и безопаснее, чем если бы использовалась жидкая мишень.
  • ESS, Э.он, и Lunds Energi сотрудничают в проекте, направленном на то, чтобы сделать этот объект первым в мире полностью устойчивым крупномасштабным исследовательским центром за счет инвестиций в ветровая энергия.[29] Ожидается, что проект ESS будет включать расширение Ветряная электростанция Nysted.
  • Радиоактивный материал потребуется хранение и транспортировка, но потребность намного меньше, чем у ядерный реактор.
  • Более подробную информацию о процессе лицензирования ESS можно найти здесь.
  • ESS рассчитывает быть CO2-нейтрально.[30]
  • Недавние улучшения конструкции снизят потребление энергии в ESS.[31][32]

Приборы для рассеяния нейтронов и визуализации в ESS

В строительном бюджете ESS есть 15 инструментов. Они есть

Дифракция:

  • МЕЧТАТЬ (Биспектральный порошковый дифрактометр)
  • ХЕЙМДАЛЬ (Гибридный дифрактометр)
  • MAGiC (Монокристаллический дифрактометр для магнетизма)
  • NMX (Макромолекулярная кристаллография)

Спектроскопия:

  • BIFROST (Спектрометр для экстремальных условий)
  • CSPEC (Спектрометр с холодным прерывателем)
  • ЧУДЕСА (Спектрометр обратного рассеяния)
  • T-REX (Биспектральный чоппер-спектрометр)
  • ВЕСПА (Вибрационный спектрометр)

Крупномасштабные конструкции:

  • ESTIA (Фокусирующий рефлектометр)
  • FREIA (Рефлектометр для жидкостей)
  • LoKI (Широкополосное малоугловое рассеяние нейтронов)
  • СКАДИ (Малоугловое рассеяние нейтронов общего назначения)

Инженерия и визуализация:

  • ПИВО (Инженерный дифрактометр)
  • ODIN (Многоцелевое изображение)

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Европейский источник скола - домашняя страница". ESS. 2014. Архивировано с оригинал 17 мая 2014 г.. Получено 5 августа 2014.
  2. ^ Европейский источник скола. «Еженедельные обновления строительной площадки». europeanspallationsource.se. Получено 17 июля 2015.
  3. ^ Европейский источник скола. «DMSC». europeanspallationsource.se. Получено 17 июля 2015.
  4. ^ а б «ESS - Введение». Европейский источник отслаивания. 2013. Получено 11 марта 2014.
  5. ^ а б Европейский источник скола (апрель 2015 г.). Отчет о деятельности 2015 (PDF). Лунд: ESS. Архивировано из оригинал (PDF) 21 июля 2015 г.. Получено 17 июля 2015.
  6. ^ Европейский источник скола. «Уникальные возможности ESS». europeanspallationsource.se. Получено 17 июля 2015.
  7. ^ а б Европейский источник скалывания ERIC (20 августа 2015 г.). «Европейская комиссия учреждает ESS как европейский консорциум исследовательской инфраструктуры». Европейский источник скола. ESS. Получено 22 января 2016.
  8. ^ Европейский источник скола ERIC. «Организация ESS». Европейский источник скола. ESS. Получено 22 января 2016.
  9. ^ Почта Копенгагена. «ESS официально становится европейским исследовательским центром». Почта Копенгагена. Интернет-сообщение. Получено 22 января 2016.
  10. ^ Европейский источник скола. «Создание сердца ESS в Испании». europeanspallationsource.se. Получено 17 июля 2015.
  11. ^ Европейский источник скола. «Наука ESS в повседневной жизни». europeanspallationsource.se. Получено 17 июля 2015.
  12. ^ Берггрен, К.-Ф. и А. Матич 2012. Наука в ESS: краткий обзор. В: О. Халлонстен (ред.) В погоне за обещанием: Перспективы политического процесса по установлению Европейского источника раскола (ESS) в Лунде, Швеция (стр. 31-47). Лунд: Arkiv Academic Press, 2012.
  13. ^ Гош, Паллаб (10 марта 2014 г.). «Великобритания присоединяется к проекту« Супер-микроскоп »». Новости BBC. Получено 11 марта 2014.
  14. ^ «Рассеяние нейтронов» (PDF). Институт физики (IOP), Лондон. 2011. Получено 11 марта 2014.
  15. ^ Брикс, Лиз (22 июля 2015 г.). "Godt nyt for klimaet: Dansk-svensk forskningsanlæg vil være CO2-нейтральный". videnskab.dk (на датском). videnskab.dk. Получено 23 июля 2015.
  16. ^ Европейский источник скола. «Энергия и устойчивость». europeanspallationsource.se. ESS. Получено 23 июля 2015.
  17. ^ а б c d е "История ESS". Европейский источник скола. 2013. Получено 11 марта 2014.
  18. ^ Европейская дорожная карта по разработке систем с ускорительным приводом (ADS) для сжигания ядерных отходов красивый макет с плохими картинкаминекрасивый макет с хорошими картинками
  19. ^ "Европейский источник скола | ESS". Europeanspallationsource.se. Получено 11 марта 2014.
  20. ^ Часто задаваемые вопросы о финансировании и расходах - ESS
  21. ^ а б "ESS Magyarország". Esshungary.eu. Архивировано из оригинал на 2014-03-11. Получено 11 марта 2014.
  22. ^ «Явная поддержка ESS в Швеции: большой шаг для европейской науки» (Пресс-релиз). Ess-scandinavia.eu. 29 мая 2009 г. Архивировано с оригинал 7 июня 2009 г.
  23. ^ «Шведско-испанское соглашение по ESS в Лунде - начало нового этапа сотрудничества» (Пресс-релиз). Ess-scandinavia.eu. 10 июня 2009 г. Архивировано с оригинал 21 декабря 2009 г.
  24. ^ «Венгрия станет 14-м партнером в Европейском центре исследования источников расщепления трещин. Все три бывших претендента на площадку теперь объединяют усилия для строительства ESS в Швеции».. Архивировано из оригинал 21 декабря 2009 г.
  25. ^ https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1402-4896/aa9bff
  26. ^ Мурманн, Райнер; Бонгардт, Клаус; Чирики, Суреш (28 марта 2009 г.). «Аспекты безопасности высокомощных мишеней для европейских источников скола» (PDF). Forschungszentrum Juelich. Получено 1 апреля 2009.[постоянная мертвая ссылка ]
  27. ^ Мурманн, Райнер; Райх-Бегеманн, Сигрид (28 марта 2009 г.). «Безопасность и лицензирование европейского источника скола (ESS)» (PDF). Forschungszentrum Juelich. Архивировано из оригинал (PDF) 18 июля 2011 г.. Получено 1 апреля 2009.
  28. ^ Мир физики. «Прицел точно нацелен». Мир физики. Институт Физики. Получено 22 января 2016.
  29. ^ «Наша уникальная концепция устойчивой энергетики». Архивировано из оригинал 26 января 2012 г.
  30. ^ Виденскаб ДК. "Godt nyt for klimaet: Dansk-svensk forskningsanlæg vil være CO2-нейтральный". Виденскаб ДК. Получено 22 января 2016.
  31. ^ Европейский источник скола ERIC. «Инновации и инженерия задают ESS на пути к устойчивости». europeanspallationsource.se. ESS. Получено 22 января 2016.
  32. ^ Паркер, Т. «Отчет ESS Energy Design 2013» (PDF). europeanspallationsource.se. ESS. Архивировано из оригинал (PDF) 27 января 2016 г.. Получено 22 января 2016.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Координаты: 55 ° 44′06 ″ с.ш. 13 ° 15′05 ″ в.д. / 55,7350 ° с. Ш. 13,2514 ° в. / 55.7350; 13.2514