La Fuente de Espalación Europea ERIC ( ESS ) es una instalación de investigación multidisciplinaria actualmente en construcción [1] en Lund , Suecia . [2] Su Centro de Gestión de Datos y Software (DMSC) está ubicado junto con DTU en Lyngby , Dinamarca. [3] [4] [5] Sus 13 países contribuyentes europeos son socios en la construcción y operación de la ESS. [6] Está previsto que la ESS comience su programa de usuarios científicos en 2027 , cuando se completará la fase de construcción. [7] La ESS ayudará a los científicos en las tareas de observación y comprensión de las estructuras y fuerzas atómicas básicas , que son más difíciles de hacer con otras fuentes de neutrones en términos de longitudes y escalas de tiempo. [8] La instalación de investigación está ubicada cerca del Laboratorio MAX IV , que realiza investigaciones sobre radiación de sincrotrón . La construcción de la instalación comenzó en el verano de 2014 y los primeros resultados científicos están previstos para 2027 .
Durante su funcionamiento, la ESS utilizará la espalación nuclear , un proceso en el que los neutrones se liberan de los elementos pesados mediante protones de alta energía . Se considera que este es un proceso más seguro que la fisión del uranio , ya que la reacción requiere un suministro de energía externo que se puede detener fácilmente. Esta instalación es un ejemplo de una fuente de "pulso largo" (milisegundos). [9] [10] Además, la espalación produce más neutrones utilizables para una cantidad dada de calor residual que la fisión.
La instalación consta de un acelerador lineal , en el que los protones se aceleran y chocan con un objetivo giratorio de tungsteno enfriado con helio, lo que genera intensos pulsos de neutrones. Alrededor del tungsteno hay baños de hidrógeno criogénico , que alimentan guías de neutrones en forma de superespejos . Funciona de manera similar a las fibras ópticas , dirigiendo los haces de neutrones a estaciones experimentales, donde se realizan investigaciones sobre una variedad de materiales.
La dispersión de neutrones se puede aplicar a una variedad de exploraciones científicas en física, química, geología, biología y medicina. Los neutrones sirven como sonda para revelar la estructura y función de la materia desde la escala microscópica hasta la atómica, con el potencial para el desarrollo de nuevos materiales y procesos. [11]
Durante la construcción, el ESS se convirtió en un Consorcio de Infraestructura de Investigación Europea, o ERIC, el 1 de octubre de 2015.
El Banco Europeo de Inversiones ha realizado una inversión de 50 millones de euros en el ESS. Esta inversión cuenta con el apoyo de InnovFin-EU Finance for Innovators [12] , una iniciativa creada por el Grupo BEI en colaboración con la Comisión Europea en el marco de Horizonte 2020 , el programa de investigación e innovación de la UE. [13] [14]
Cuando en 1985 se construyó en Inglaterra la fuente de neutrones ISIS , su éxito en la producción de imágenes indirectas de estructuras moleculares planteó la posibilidad de una fuente de espalación mucho más potente. En 1993, la Asociación Europea de Dispersión de Neutrones comenzó a abogar por la construcción de una nueva fuente de espalación, y el proyecto acabaría por conocerse como ESS. [15]
La ciencia de los neutrones se convirtió pronto en una herramienta fundamental para el desarrollo de productos industriales y de consumo en todo el mundo. Tanto es así que la Organización para el Desarrollo Económico (OCDE) declaró en 1999 que se debía construir una nueva generación de fuentes de neutrones de alta intensidad, una en América del Norte, otra en Asia y otra en Europa. [15] El desafío de Europa era su diversa colección de gobiernos nacionales y una activa comunidad de investigación que contaba con miles de miembros. En 2001, una hoja de ruta europea para el desarrollo de sistemas impulsados por aceleradores para la incineración de residuos nucleares estimaba que la ESS podría tener el haz listo para los usuarios en 2010. [16] Un grupo de trabajo internacional europeo se reunió en Bonn, Alemania, en 2002 para revisar los hallazgos y surgió un consenso positivo para construir la ESS. El grupo de interesados se reunió un año después para revisar el progreso del grupo de trabajo y en 2003 se adoptó un nuevo concepto de diseño que estableció el rumbo para el inicio de las operaciones en 2019. [15]
Durante los cinco años siguientes, un proceso de selección eligió Lund (Suecia) como sede de la ESS; la elección definitiva de Lund se anunció en Bruselas (Bélgica) el 28 de mayo de 2009. [15] El 1 de julio de 2010, el personal y las operaciones de la ESS Escandinavia se transfirieron de la Universidad de Lund a «European Spallation Source ESS AB», una sociedad de responsabilidad limitada creada para diseñar, construir y operar la Fuente Europea de Espalación en Lund. La sede de la empresa está situada en el centro de Lund. [17]
El ESS se convirtió en un Consorcio de Infraestructura de Investigación Europea , o ERIC, el 1 de octubre de 2015. Los miembros fundadores del ERIC de la Fuente de Espalación Europea son la República Checa, Dinamarca, Estonia, Francia, Alemania, Hungría, Italia, Noruega, Polonia, España, Suecia, Suiza y el Reino Unido. [18]
En 2013, el coste estimado de la instalación ascendería a unos 1.843 millones de euros (o 1.958 millones de dólares). Los países anfitriones, Suecia y Dinamarca, planean cubrir cada uno aproximadamente la mitad de la suma. Sin embargo, las negociaciones sobre las contribuciones exactas de cada socio todavía estaban en curso. [19] Desde 2010 hasta el 30 de septiembre de 2015, ESS funcionó como una aktiebolag sueca , o AB. [15]
Originalmente se barajaron tres posibles emplazamientos para la ESS: Bilbao (España), Debrecen (Hungría) y Lund (Suecia). [20]
El 28 de mayo de 2009, siete países manifestaron su apoyo a la ubicación de la ESS en Suecia. Además, Suiza e Italia indicaron que apoyarían la ubicación de la ESS en su mayoría. [21] El 6 de junio de 2009, España retiró la candidatura de Bilbao y firmó un acuerdo de colaboración con Suecia, apoyando a Lund como sede principal, pero con el trabajo de desarrollo de componentes clave en Bilbao. Esto estableció efectivamente la ubicación de la ESS; luego se llevaron a cabo negociaciones económicas detalladas entre los países participantes. [22] El 18 de diciembre de 2009, Hungría también optó por apoyar provisionalmente la ESS en Lund, retirando así la candidatura de Debrecen. [20] [23]
La construcción de la instalación comenzó a principios de 2014, con un evento celebrado en septiembre de ese año. El programa de usuarios comenzará en 2027. [7] Se puede acceder al sitio a través del tranvía de Lund , el primer sistema de tranvía nuevo en Suecia en más de un siglo.
El ESS utiliza un acelerador lineal [24] ( linac ) para acelerar un haz de protones desde la salida de su fuente de iones a 75 keV a 2 GeV , a la entrada del acelerador, los protones viajan a ~1% de la velocidad de la luz y al final del acelerador, alcanzan una velocidad de ~95% de la velocidad de la luz. El acelerador utiliza cavidades conductoras normales y superconductoras .
Las cavidades conductoras normales son el cuadrupolo de radiofrecuencia , RFQ , que trabaja a una frecuencia de 352,21 MHz y acelera el haz de protones hasta una energía de 3,62 MeV . La siguiente estructura es una línea de transporte para los protones de energía media, MEBT, que transporta el haz desde el RFQ a la siguiente estructura para una mayor aceleración. En el MEBT, se miden las propiedades del haz, se limpia el haz del halo transversal que lo rodea y también se limpian la cabeza y la cola del pulso del haz utilizando un cortador electromagnético deflector transversal. El acelerador lineal de tubo de deriva, DTL , que es la estructura aguas abajo del MEBT, acelera el haz aún más hasta ~90 MeV. A esta energía, hay una transición de cavidades conductoras normales a cavidades superconductoras.
Tres familias de cavidades superconductoras aceleran el haz hasta su energía final de 2 GeV: primero, una sección que utiliza cavidades de doble radio hasta una energía de ~216 Mev y, luego, dos familias de cavidades elípticas que están optimizadas para la aceleración de protones de energía media y alta a una frecuencia de 704,42 MHz. Después de las cavidades elípticas, una línea de transferencia guía el haz hasta el objetivo y, justo antes de enviarlo al objetivo para producir neutrones de espalación, expande el haz y pinta el objetivo para disipar el calor generado en un área más grande.
La frecuencia de repetición del linac es de 14 Hz y los pulsos de protones tienen una duración de 2,86 ms , lo que hace que el factor de trabajo del linac sea del 4 %. La corriente del haz dentro del pulso es de 62,5 mA y la corriente media del haz es de 2,5 mA .
Excepto en el RFQ que utiliza la misma estructura y campo para acelerar y enfocar el haz, el enfoque transversal del haz de protones se realiza mediante lentes magnéticas. En el transporte del haz de baja energía, justo después de la fuente de iones, se utilizan solenoides magnéticos , en el DTL se utilizan imanes cuadrupolos permanentes y el resto del linac utiliza cuadrupolos electromagnéticos.
La estación de destino está rodeada de salas de instrumentos con instrumentos científicos colocados en cuatro secciones en las direcciones cardinales. [32] En la sección occidental, los instrumentos científicos están ubicados a 156 metros del centro de la estación de destino. La distancia es de entre 50 y 80 metros en la sección sur, y los instrumentos científicos ubicados más cerca de la estación de destino están en las secciones norte y este. [32]
Inicialmente se instalarán 15 instrumentos científicos diferentes: [33]
Estructuras a gran escala:
El proyecto de superhaz de neutrinos de la ESS tiene como objetivo generar el haz de neutrinos más potente del mundo. [34] [35]
55°44′06″N 13°15′05″E / 55.7350°N 13.2514°E / 55.7350; 13.2514