El Sincrotrón Australiano es una instalación nacional de radiación sincrotrón de 3 GeV ubicada en Clayton , en los suburbios del sureste de Melbourne , Victoria . La instalación se inauguró en 2007 y es operada por la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear . [1] [2]
El sincrotrón australiano de ANSTO es una instalación de fuente de luz (a diferencia de un colisionador ), que utiliza aceleradores de partículas para producir un haz de electrones de alta energía que son impulsados a casi la velocidad de la luz y dirigidos a un anillo de almacenamiento donde circulan durante muchas horas o incluso días a la vez. A medida que la trayectoria de estos electrones se desvía en el anillo de almacenamiento, ya sea mediante imanes de flexión o dispositivos de inserción , emiten luz de sincrotrón . La luz se canaliza a estaciones experimentales que contienen equipos especializados, lo que permite una variedad de aplicaciones de investigación que incluyen imágenes de alta resolución que no son posibles en condiciones normales de laboratorio. [3]
El sincrotrón australiano de ANSTO respalda las necesidades de investigación de las principales universidades y centros de investigación de Australia, y de empresas que van desde pequeñas y medianas empresas hasta empresas multinacionales. Durante 2014-2015, el Sincrotrón australiano apoyó más de 4.300 visitas de investigadores y cerca de 1.000 experimentos en áreas como medicina, agricultura, medio ambiente, defensa, transporte, manufactura avanzada y minería. [4]
En 2015, el gobierno australiano anunció una inversión de 520 millones de dólares australianos durante diez años en operaciones a través de ANSTO , la Organización de Ciencia y Tecnología Nuclear de Australia. [5] [6] Se espera que un sistema de energía solar de 1,5 MW en el techo ahorre $2 millones en costos de electricidad en 5 años. [7]
En 2020, se utilizó para ayudar a mapear la estructura molecular del virus COVID-19 durante la actual pandemia de COVID-19 . [8]
Los electrones utilizados para proporcionar la luz de sincrotrón se producen primero en el cañón de electrones , mediante emisión termoiónica de un cátodo metálico calentado. Luego, los electrones emitidos se aceleran hasta una energía de 90 keV (kiloelectrón voltios ) mediante un potencial de 90 kilovoltios aplicado a través del cañón y se abren paso hacia el acelerador lineal.
El acelerador lineal (o linac) utiliza una serie de cavidades de RF , que funcionan a una frecuencia de 3 GHz, para acelerar el haz de electrones hasta una energía de 100 MeV, a lo largo de una distancia de unos 15 metros. Debido a la naturaleza de esta aceleración, el haz debe separarse en paquetes discretos o "racimos". El proceso de agrupación se realiza al inicio del linac, utilizando varias cavidades de "agrupación". El linac puede acelerar un rayo una vez por segundo. Más adelante, se utilizan imanes cuadrupolares del linac para ayudar a enfocar el haz de electrones.
El propulsor es un sincrotrón de electrones que toma el haz de 100 MeV del linac y aumenta su energía a 3 GeV. El anillo de refuerzo tiene 130 metros de circunferencia y contiene una única cavidad de RF de 5 celdas (que funciona a 500 MHz) que proporciona energía al haz de electrones. La aceleración del haz se logra mediante un aumento simultáneo de la fuerza del imán y los campos de la cavidad. Cada ciclo de rampa dura aproximadamente 1 segundo (para una rampa completa hacia arriba y hacia abajo).
El anillo de almacenamiento es el destino final de los electrones acelerados. Tiene 216 metros de circunferencia y consta de 14 sectores casi idénticos. Cada sector consta de una sección recta y un arco, y los arcos contienen dos imanes dipolares de "flexión" cada uno. Cada imán dipolo es una fuente potencial de luz de sincrotrón y la mayoría de las secciones rectas también pueden albergar un dispositivo de inserción , lo que brinda la posibilidad de más de 30 líneas de luz en el Sincrotrón australiano. Dos de las secciones rectas se utilizan para albergar las cavidades de RF del anillo de almacenamiento de 500 MHz, que son esenciales para reponer la energía que el haz pierde debido a la radiación sincrotrón. El anillo de almacenamiento también contiene una gran cantidad de imanes cuadrupolares y sextupolares utilizados para el enfoque del haz y las correcciones de cromaticidad . El anillo está diseñado para contener 200 mA de corriente almacenada con una vida útil del haz de más de 20 horas.
El haz de electrones se mantiene en un vacío muy alto en todo momento durante el proceso de aceleración y dentro del anillo de almacenamiento. Este vacío es necesario ya que cualquier colisión del haz con moléculas de gas degradará rápidamente la calidad del haz y reducirá su vida útil. El vacío se logra encerrando la viga en un sistema de tuberías de acero inoxidable, con numerosos sistemas de bombas de vacío trabajando continuamente para mantener alta la calidad del vacío. La presión dentro del anillo de almacenamiento suele ser de alrededor de 10-13 bar (10 nPa ).
Cada canal de E/S digital y analógico está asociado con una entrada de base de datos en un sistema de base de datos de código abierto distribuido personalizado llamado EPICS (Sistema de control industrial y física experimental). La condición del sistema se monitorea y controla conectando GUI especializadas a las entradas de la base de datos especificadas. Hay alrededor de 171.000 entradas de base de datos (también conocidas como variables de proceso), muchas de las cuales se relacionan con las E/S físicas. Alrededor de 105.000 de ellos se archivan permanentemente en intervalos que van desde décimas de segundo hasta minutos.
MATLAB proporciona cierto control de alto nivel de los parámetros del haz relacionados con la física, que también proporciona herramientas de análisis de datos y una interfaz con un modelo computarizado del acelerador. La protección del personal y los equipos se logra mediante el uso de sistemas basados en PLC , que también transfieren datos a EPICS.
Las Beamlines también utilizan EPICS como base para su control.
Líneas de luz en construcción (a partir de 2023)
37°54′51″S 145°08′34″E / 37.914092°S 145.142649°E / -37.914092; 145.142649
