Los neutrones son constituyentes no cargados de los átomos y penetran bien en los materiales, desviándose sólo de los núcleos de los átomos. La acumulación estadística de neutrones desviados en diferentes posiciones más allá de la muestra se puede utilizar para encontrar la estructura de un material, y la pérdida o ganancia de energía por neutrones puede revelar el comportamiento dinámico de partes de una muestra, por ejemplo, procesos de difusión en sólidos. En ISIS, los neutrones se crean acelerando "grupos" de protones en un sincrotrón y luego colisionándolos con un objetivo de metal pesado de tungsteno , bajo una carga de enfriamiento constante para disipar el calor del haz de protones de 160 kW. Los impactos hacen que los neutrones se desprendan de los átomos de tungsteno, y los neutrones se canalizan a través de guías, o líneas de luz , hacia alrededor de 20 instrumentos, cada uno de ellos optimizado individualmente para el estudio de diferentes tipos de interacciones entre el haz de neutrones y la materia. La estación de destino y la mayoría de los instrumentos se encuentran en una gran sala. Los neutrones son una forma peligrosa de radiación, por lo que el objetivo y las líneas de luz están fuertemente protegidos con hormigón. [ cita necesaria ]
ISIS Neutron and Muon Source produce muones al hacer colisionar una fracción del haz de protones con un objetivo de grafito , lo que produce piones que se descomponen rápidamente en muones y se entregan en un haz polarizado por espín a las estaciones de muestreo. [ cita necesaria ]
Historia
La fuente fue aprobada en 1977 para el sitio RAL en el campus de Harwell y componentes reciclados de programas científicos anteriores del Reino Unido, incluida la sala del acelerador que anteriormente había estado ocupada por el acelerador Nimrod . La primera viga se produjo en 1984 y la entonces Primera Ministra Margaret Thatcher inauguró formalmente las instalaciones en octubre de 1985. [2] [1] [3]
El nombre ISIS no es un acrónimo: se refiere a la diosa del Antiguo Egipto y al nombre local del río Támesis . El nombre fue elegido para la inauguración oficial de la instalación en 1985, antes de esto se conocía como SNS, o Spallation Neutron Source. El nombre se consideró apropiado ya que Isis era una diosa que podía devolver la vida a los muertos, e ISIS hizo uso de equipos previamente construidos para los aceleradores Nimrod y NINA .
La segunda estación objetivo recibió financiación en 2003 de Lord Sainsbury , entonces ministro de Ciencia, y se completó en 2009, dentro del plazo y el presupuesto, con la apertura de 7 instrumentos. En marzo de 2011, el Ministro de Ciencia , David Willetts, realizó una inversión de £21 millones [4] para construir 4 nuevos instrumentos, que ahora se encuentran en su fase de puesta en servicio o son instrumentos completamente programados. [1]
Originalmente se esperaba que ISIS Neutron and Muon Source tuviera una vida operativa de 20 años (1985 a 2005), pero su éxito continuo llevó a un proceso de renovación y mayor inversión, destinado a hacer avanzar las instalaciones y extender la vida útil de ISIS hasta 2030. [ 5]
Según su Informe Anual de 2017 a 2018, el STFC espera que el fin de la fuente de neutrones pulsados del ISIS y de la segunda estación objetivo asociada se produzca en 2040 y prevé que el desmantelamiento tardará 55 años. El coste de la eliminación de residuos radiactivos podría oscilar entre 9 y 16 millones de libras esterlinas. [6] : 51
Ciencia
ISIS Neutron and Muon Source es administrado y operado por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (anteriormente CCLRC ). El consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología, o STFC, es parte de Investigación e Innovación del Reino Unido. El tiempo experimental está abierto a usuarios académicos de países financiadores y se solicita a través de una "convocatoria de propuestas" semestral. La asignación de investigación, o "tiempo de haz", se asigna a los solicitantes mediante un proceso de revisión por pares. Los usuarios y sus instituciones matrices no pagan los costes de funcionamiento de la instalación, que ascienden a 11.000 libras esterlinas por instrumento al día. Los costos de transporte y de vida están cubiertos para aquellos asociados con universidades del Reino Unido. La mayoría de los usuarios se alojan en Ridgeway House, un hotel cercano al sitio, o en Cosener's House , un centro de conferencias administrado por STFC en Abingdon . Cada año se realizan más de 600 experimentos realizados por 1600 usuarios.
Un gran número de personal de apoyo opera las instalaciones, ayuda a los usuarios y realiza investigaciones. La sala de control cuenta con personal las 24 horas del día, todos los días del año. Los científicos de instrumentos supervisan el funcionamiento de cada instrumento y se comunican con los usuarios, y otras divisiones proporcionan entornos de muestra, análisis de datos y experiencia informática, mantienen el acelerador y ejecutan programas educativos. ISIS es también una de las pocas instalaciones de neutrones que cuenta con un importante grupo de detectores que investiga y desarrolla nuevas técnicas para recopilar datos.
Entre los importantes y pioneros trabajos realizados se encuentra el descubrimiento de la estructura de los superconductores de alta temperatura y de la fase sólida del buckminster-fullereno. Otros desarrollos recientes se pueden encontrar aquí.
Los instrumentos actualmente en ISIS Neutron and Muon Source son: [10]
Estación objetivo 1
Sala experimental de fuentes de neutrones y muones de ISIS Estación objetivo 1
Alf es una instalación de alineación de cristales.
Crisp es un reflectómetro de neutrones diseñado para estudios de alta resolución de una amplia gama de fenómenos interfaciales.
Engin-X es un difractómetro de neutrones optimizado para medir la deformación y, por tanto, la tensión, en lo profundo de un material cristalino.
Gem es un difractómetro de neutrones que puede realizar experimentos de alta intensidad y alta resolución para estudiar la estructura de materiales desordenados y polvos cristalinos.
Hrpd es un difractómetro de neutrones que es uno de los difractómetros de polvo de neutrones de mayor resolución de su tipo en el mundo.
Ines es un difractómetro de neutrones en polvo, construido y gestionado por el Consejo Nacional de Investigación italiano (CNR) en el marco del acuerdo de cooperación con el STFC.
Iris es un espectrómetro de neutrones, diseñado para espectroscopia inelástica de alta resolución cuasi elástica y de baja energía.
LOQ es un instrumento de dispersión de neutrones de ángulo pequeño que se utiliza para investigar la forma y el tamaño de moléculas grandes, partículas pequeñas o materiales porosos con dimensiones típicamente en el rango de 1 a 100 nm.
Maps es un espectrómetro de neutrones, diseñado principalmente para abordar excitaciones magnéticas y estructurales en cristales individuales.
MARI es un espectrómetro de neutrones, ideal para el estudio de densidades de estados de fonones en sistemas cristalinos y desordenados, y excitaciones de campos cristalinos en materiales magnéticos.
Merlin es un espectrómetro de neutrones con una alta tasa de conteo, resolución de energía media y espectrómetro chopper de geometría directa.
Osiris se puede utilizar como espectrómetro de neutrones o difractómetro. Está optimizado para estudios de muy baja energía y difracción de longitud de onda larga.
Pearl es un difractómetro de neutrones dedicado a la difracción de polvos a alta presión.
Polaris es un difractómetro de neutrones optimizado para la caracterización rápida de estructuras, el estudio de pequeñas cantidades de materiales, la recopilación de conjuntos de datos en tiempo rápido y el estudio de materiales en condiciones no ambientales.
Rotax se utiliza para pruebas de detectores y equipos.
Otra vista de la sala experimental de fuentes de neutrones y muones de ISIS, Estación objetivo 1
SANDALS es un difractómetro de neutrones especialmente construido para investigar la estructura de líquidos y materiales amorfos.
SURF, un reflectómetro de neutrones, uno de los instrumentos líderes en el mundo para la investigación de interfaces líquidas.
SXD es un difractómetro de neutrones potente en aplicaciones que implican estudios de espacio recíproco, como transiciones de fase y estructuras inconmensurables, y también en aplicaciones donde la orientación de la muestra puede estar restringida.
Tosca es un espectrómetro de neutrones optimizado para el estudio de vibraciones moleculares en estado sólido.
Vesuvio es un espectrómetro de neutrones que utiliza la alta intensidad de los neutrones en el rango de energía eV (neutrones epitermales) para separar la masa de los espectros en una colección de distribuciones de momento nuclear.
EMU es un espectrómetro μSR, optimizado para mediciones de campo cero y de campo longitudinal.
MuSR es un espectrómetro μSR que se puede girar 90 grados para permitir realizar mediciones tanto longitudinales como transversales.
HIFI es un instrumento de muones de alto campo que proporciona campos longitudinales aplicados de hasta 5T.
Argus es un espectrómetro de muones para estudios moleculares y de materia condensada.
CHRONUS es un instrumento de muones en la instalación de muones RIKEN-RAL, de propiedad japonesa.
Segunda estación objetivo de ISIS Neutron y Muon Source.
Estación objetivo 2
Instrumento de irradiación de chips ChipIR dedicado a la irradiación de microelectrónica con neutrones similares a los atmosféricos.
IMAT es un instrumento de difracción y obtención de imágenes de neutrones para la ciencia, el procesamiento y la ingeniería de materiales.
Inter es un reflectómetro de interfaces químicas de alta intensidad que ofrece una instalación única para el estudio de una variedad de interfaces aire/líquido, líquido/líquido, aire/sólido y líquido/sólido.
Larmor es un instrumento flexible de dispersión de neutrones de ángulo pequeño que ha sido optimizado para el desarrollo de nuevas técnicas de dispersión de neutrones que utilizan la precesión de neutrones de Larmor para codificar energía o dirección.
LET es un espectrómetro de neutrones optimizado para el estudio de la dinámica de la materia condensada para comprender el origen microscópico de las propiedades de los materiales.
NIMROD es un difractómetro de neutrones diseñado para acceder a escalas de longitud que van desde la interatómica (< 1 Å) hasta la mesoscópica (> 300 Å).
Offspec es un reflectómetro de neutrones que brinda acceso a escalas de longitud nanométrica paralelas y perpendiculares a las interfaces.
Polref es un reflectómetro de neutrones diseñado para el estudio del ordenamiento magnético en y entre las capas y superficies de materiales de película delgada.
Sans2d es un instrumento de dispersión de neutrones de ángulo pequeño que se puede utilizar para examinar el tamaño, la forma, la estructura interna y la disposición espacial en nanomateriales, "materia blanda" y sistemas coloidales, incluidos los de origen biológico, en escalas de longitud de entre* 0,25-300 Nuevo Méjico.
Wish es un difractómetro de neutrones diseñado para la difracción de polvo con un espaciado d largo en sistemas magnéticos y de celdas unitarias grandes, con la opción de permitir experimentos con monocristales y haces polarizados.
Zoom es un instrumento de dispersión de ángulo pequeño flexible y de alta tasa de conteo.
En la cultura popular
El episodio final de la temporada 1 de Sparticle Mystery se filmó en el lugar. También se hace referencia al sitio en el libro Itch Rocks . [11]
Referencias
^ abc "Revisión anual de fuentes de neutrones y muones de ISIS 2017" (PDF) . 18 de diciembre de 2017 . Consultado el 17 de abril de 2018 .
^ D. Findlay. "Linacs en el laboratorio Rutherford Appleton". Publicaciones electrónicas del STFC . Reino Unido. Archivado (PDF) desde el original el 29 de junio de 2006 . Consultado el 3 de mayo de 2021 .
^ "Instrumentos de la Fase Dos" . Consultado el 17 de julio de 2012 .
^ "Estudio del impacto de la vida de ISIS, volumen 1 - Informe completo". stfc.ukri.org . Noviembre de 2016 . Consultado el 17 de abril de 2018 .
^ Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (julio de 2018). Informe y Cuentas Anuales 2017-18 . pag. 91. OCLC 1053748833.
^ Proyecto de segunda estación objetivo de ISIS Archivado el 21 de septiembre de 2005 en Wayback Machine .
^ Thomason, JWG (2019). "La fuente de muones y neutrones por espalación de ISIS: los primeros treinta y tres años". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física . A917 (1): 61–67. Código Bib : 2019NIMPA.917...61T. doi : 10.1016/j.nima.2018.11.129 .
^ McDonald, K. "Informe del grupo de trabajo internacional sobre líneas de luz de muones" (PDF) . Objetivo del colisionador de muones y rotación de fases (NuFACT'01) . Archivado (PDF) desde el original el 11 de septiembre de 2006 . Consultado el 3 de mayo de 2021 .
^ "Página de instrumentos de ISIS" . Consultado el 17 de abril de 2018 .
