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Fuente de neutrones y muones de ISIS

La fuente de neutrones y muones de ISIS es una fuente pulsada de neutrones y muones , establecida en 1984 en el Laboratorio Rutherford Appleton del Science and Technology Facilities Council , en el Campus de Ciencia e Innovación de Harwell en Oxfordshire , Reino Unido. Utiliza las técnicas de espectroscopia de muones y dispersión de neutrones para investigar la estructura y dinámica de la materia condensada a escala microscópica, que abarca desde lo subatómico hasta lo macromolecular.

Cada año se realizan en las instalaciones cientos de experimentos por parte de investigadores de todo el mundo, en diversas áreas científicas como la física , la química , la ingeniería de materiales , las ciencias de la tierra , la biología y la arqueología . [1]

Física de fondo

Los neutrones son componentes no cargados de los átomos y penetran bien en los materiales, desviándose únicamente 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 difusivos en sólidos. En ISIS, los neutrones se crean acelerando "racimos" de protones en un sincrotrón , para luego colisionarlos con un objetivo de metal de tungsteno pesado , bajo una carga de enfriamiento constante para disipar el calor de un 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 haz , a unos 20 instrumentos, cada uno optimizado individualmente para el estudio de diferentes tipos de interacciones entre el haz de neutrones y la materia. La estación del objetivo y la mayoría de los instrumentos están ubicados en una gran sala. Los neutrones son una forma peligrosa de radiación, por lo que el objetivo y las líneas de haz están fuertemente protegidos con hormigón. [ cita requerida ]

La fuente de neutrones y muones de ISIS produce muones al hacer colisionar una fracción del haz de protones con un objetivo de grafito , lo que produce piones que se desintegran rápidamente en muones y se envían en un haz polarizado por espín a estaciones de muestreo. [ cita requerida ]

Historia

La fuente fue aprobada en 1977 para el emplazamiento de RAL en el campus de Harwell y recicló componentes de programas científicos anteriores del Reino Unido, incluida la sala del acelerador que había estado ocupada anteriormente por el acelerador Nimrod . El primer haz se produjo en 1984 y la instalación fue inaugurada formalmente por la entonces Primera Ministra Margaret Thatcher en octubre de 1985. [2] [1] [3]

El nombre ISIS no es un acrónimo: hace referencia a la diosa del Antiguo Egipto y al nombre local del río Támesis . El nombre fue seleccionado 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 de referencia recibió financiación en 2003 de manos de Lord Sainsbury , entonces ministro de Ciencia, y se completó en 2009, a tiempo y dentro del presupuesto, con la inauguración de 7 instrumentos. En marzo de 2011, el ministro de Ciencia , David Willetts , realizó una inversión de 21 millones de libras [4] para construir 4 nuevos instrumentos, que ahora están todos en su fase de puesta en servicio o instrumentos totalmente programados. [1]

Originalmente se esperaba que la fuente de neutrones y muones de ISIS tuviera una vida útil de 20 años (1985 a 2005), pero su éxito continuo condujo a un proceso de renovación y mayores inversiones, destinado a hacer avanzar la instalación y extender la vida útil de ISIS hasta 2030. [5]

Según su Informe Anual de 2017 a 2018, el STFC espera que la fuente de neutrones pulsados ​​de ISIS y la estación de segundo objetivo asociada dejen de funcionar en 2040 y prevé que su desmantelamiento llevará 55 años. El coste de la eliminación de residuos radiactivos podría oscilar entre 9 y 16 millones de libras esterlinas. [6] : 51 

Ciencia

El Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (anteriormente CCLRC ) administra y opera la Fuente de Neutrones y Muones de ISIS . 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 los usuarios académicos de los países financiadores y se solicita a través de una "convocatoria de propuestas" dos veces al año. La asignación de investigación, o "tiempo de haz", se asigna a los solicitantes a través de un proceso de revisión por pares. Los usuarios y sus instituciones matrices no pagan los costos de funcionamiento de la instalación, que son de hasta £ 11,000 por instrumento por día. Los costos de transporte y alojamiento están cubiertos para aquellos asociados con universidades del Reino Unido. La mayoría de los usuarios se alojan en Ridgeway House, un hotel cerca del sitio, o en Cosener's House , un centro de conferencias administrado por STFC en Abingdon . Cada año se completan más de 600 experimentos por 1600 usuarios.

Un gran número de personal de apoyo opera las instalaciones, ayuda a los usuarios y lleva a cabo investigaciones. La sala de control está atendida las 24 horas del día, todos los días del año. Los científicos de los instrumentos supervisan el funcionamiento de cada uno de ellos y se relacionan con los usuarios, y otras divisiones proporcionan el entorno de muestra, el análisis de datos y la experiencia informática, mantienen el acelerador y llevan a cabo 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 la recopilación de datos.

Entre los trabajos importantes y pioneros que se han llevado a cabo figura el descubrimiento de la estructura de los superconductores de alta temperatura y de la fase sólida del fulereno de Buckminster. Otros avances recientes se pueden consultar aquí.

La construcción de una segunda estación objetivo (TS2) comenzó en 2003, y los primeros neutrones fueron entregados al objetivo el 14 de diciembre de 2007. [7] TS2 utiliza neutrones de baja energía para estudiar materia condensada blanda , sistemas biológicos, compuestos avanzados y nanomateriales .

El propio sincrotrón albergó el Experimento Internacional de Enfriamiento por Ionización de Muones (MICE) para su funcionamiento parásito [8] entre 2008 y 2018. MICE reemplazó al anterior haz de prueba HEP. [9]

Instrumentos de neutrones y muones

Los instrumentos que se encuentran actualmente en la fuente de neutrones y muones de ISIS son: [10]

Estación de destino 1

Sala experimental de la fuente de neutrones y muones de ISIS Estación de destino 1
Otra vista de la sala experimental de la fuente de neutrones y muones de ISIS, Target Station 1
Estación de destino de la fuente de neutrones y muones de ISIS 2
Segunda estación objetivo de la fuente de neutrones y muones de ISIS.

Estación de destino 2

En la cultura popular

El episodio final de la primera temporada de Sparticle Mystery se filmó en el lugar. El sitio también se menciona en el libro Itch Rocks . [11]

Referencias

  1. ^ abc "Revisión anual 2017 de las fuentes de neutrones y muones de ISIS" (PDF) . 18 de diciembre de 2017. Consultado el 17 de abril de 2018 .
  2. ^ D. Findlay. "Linacs en el Laboratorio Rutherford Appleton". STFC ePubs . UKRI. Archivado (PDF) desde el original el 29 de junio de 2006. Consultado el 3 de mayo de 2021 .
  3. ^ "Commons Hansard". Debates parlamentarios (Hansard) . Cámara de los Comunes . 14 de marzo de 1961. Consultado el 6 de junio de 2009 .
  4. ^ "Instrumentos de la fase dos" . Consultado el 17 de julio de 2012 .
  5. ^ "Estudio del impacto de ISIS en la vida, volumen 1: informe completo". stfc.ukri.org . Noviembre de 2016 . Consultado el 17 de abril de 2018 .
  6. ^ Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (julio de 2018). Informe anual y cuentas 2017-18 . pág. 91. OCLC  1053748833.
  7. ^ Proyecto de segunda estación objetivo de ISIS Archivado el 21 de septiembre de 2005 en Wayback Machine .
  8. ^ 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. Bibcode :2019NIMPA.917...61T. doi : 10.1016/j.nima.2018.11.129 .
  9. ^ McDonald, K. "Informe del Grupo de trabajo internacional sobre líneas de haz de muones" (PDF) . Muon Collider Targetry and Phase Rotation (NuFACT'01) . Archivado (PDF) desde el original el 2006-09-11 . Consultado el 3 de mayo de 2021 .
  10. ^ "Página de instrumentos de ISIS" . Consultado el 17 de abril de 2018 .
  11. ^ Mayo, Simon (2013). Itch Rocks. Doubleday . pág. 374. ISBN 9780857531322.

Enlaces externos

51°34′18″N 1°19′12″W / 51.57167°N 1.32000°W / 51.57167; -1.32000