Европейский источник расщепления
Импульсный источник нейтронов и исследовательская установка
Европейский источник расщепления ERIC
Научная цель: предоставление уникальной информации о структуре и свойствах материалов в области биологии, химии, физики и техники.
РасположениеЛунд , Швеция
ПредлагающийЭРИК
Сайт проектаess.eu
СтатусВ разработке
ТипНаучно-исследовательские лаборатории
Дата начала2013
Дата завершения2025
Наука с нейтронами
Фонды
Рассеяние нейтронов
Другие приложения
Инфраструктура
Нейтронные установки
Логотип ЕСС

Европейский источник расщепления ERIC ( ESS ) — это многопрофильный исследовательский центр, который в настоящее время строится [1] в Лунде , Швеция . [2] Его Центр управления данными и программного обеспечения (DMSC) расположен совместно с DTU в Люнгбю , Дания. [3] [4] [5] 13 европейских стран-доноров являются партнерами в строительстве и эксплуатации ESS. [6] ESS должен начать свою научную пользовательскую программу в 2027 году , когда этап строительства должен быть завершен. [7] ESS будет помогать ученым в задачах наблюдения и понимания основных атомных структур и сил , которые сложнее выполнять с другими источниками нейтронов с точки зрения длин и временных масштабов. [8] Исследовательский центр расположен недалеко от лаборатории MAX IV , которая проводит исследования синхротронного излучения . Строительство объекта началось летом 2014 года , а первые научные результаты запланированы на 2027 год .

Во время работы ESS будет использовать ядерное расщепление , процесс, в котором нейтроны освобождаются из тяжелых элементов протонами высокой энергии . Это считается более безопасным процессом, чем деление урана , поскольку реакция требует внешнего источника энергии, который можно легко остановить. Эта установка является примером источника «длинного импульса» (миллисекунды). [9] [10] Кроме того, расщепление производит больше полезных нейтронов для заданного количества отработанного тепла, чем деление.

Установка состоит из линейного ускорителя , в котором протоны ускоряются и сталкиваются с вращающейся охлаждаемой гелием вольфрамовой мишенью, генерируя интенсивные импульсы нейтронов. Вокруг вольфрама находятся ванны с криогенным водородом , которые питают нейтронные суперзеркальные направляющие. Он работает аналогично оптическим волокнам , направляя пучки нейтронов на экспериментальные станции, где проводятся исследования различных материалов.

Рассеяние нейтронов может применяться в ряде научных исследований в физике, химии, геологии, биологии и медицине. Нейтроны служат зондом для выявления структуры и функции материи от микроскопического до атомного масштаба, с потенциалом для разработки новых материалов и процессов. [11]

В ходе строительства 1 октября 2015 года ESS стал Европейским консорциумом исследовательской инфраструктуры (ERIC).

Европейский инвестиционный банк инвестировал €50 млн в ESS. Эти инвестиции поддерживаются InnovFin-EU Finance for Innovators, [12] инициативой, созданной Группой ЕИБ в сотрудничестве с Европейской комиссией в рамках Horizon 2020 , исследовательской и инновационной программы ЕС. [13] [14]

История

Строительство Европейского источника расщепления, январь 2017 г.

Когда в 1985 году в Англии был построен источник нейтронов ISIS , его успех в получении косвенных изображений молекулярных структур в конечном итоге повысил вероятность гораздо более мощного источника расщепления. К 1993 году Европейская ассоциация по рассеянию нейтронов начала выступать за строительство нового источника расщепления, и проект в конечном итоге стал известен как ESS. [15]

Нейтронная наука вскоре стала критически важным инструментом в разработке промышленных и потребительских товаров по всему миру. Настолько, что Организация экономического развития (ОЭСР) заявила в 1999 году, что должно быть построено новое поколение источников нейтронов высокой интенсивности, по одному в Северной Америке, Азии и Европе. [15] Проблема Европы заключалась в ее разнообразном наборе национальных правительств и активном исследовательском сообществе, насчитывающем тысячи. В 2001 году европейская дорожная карта по разработке систем с ускорителем для сжигания ядерных отходов подсчитала, что ESS может быть готова к использованию в 2010 году. [16] Европейская международная целевая группа собралась в Бонне, Германия, в 2002 году для рассмотрения результатов, и был достигнут положительный консенсус по созданию ESS. Группа заинтересованных сторон встретилась год спустя, чтобы рассмотреть прогресс целевой группы, и в 2003 году была принята новая концепция проекта, которая определила курс на начало эксплуатации к 2019 году. [15]

В течение следующих пяти лет процесс отбора выбрал Лунд, Швеция, в качестве места для ESS; окончательный выбор Лунда был объявлен в Брюсселе, Бельгия, 28 мая 2009 года. [15] 1 июля 2010 года персонал и операции ESS Scandinavia были переведены из Лундского университета в «European Spallation Source ESS AB», компанию с ограниченной ответственностью, созданную для проектирования, строительства и эксплуатации Европейского источника спаления в Лунде. Штаб-квартира компании расположена в центре Лунда. [17]

ESS стал Европейским консорциумом исследовательской инфраструктуры (ERIC) 1 октября 2015 года. Членами-основателями Европейского консорциума по исследованию расщепления (ERIC) являются Чешская Республика, Дания, Эстония, Франция, Германия, Венгрия, Италия, Норвегия, Польша, Испания, Швеция, Швейцария и Великобритания. [18]

По состоянию на 2013 год предполагаемая стоимость объекта составит около €1,843 млрд. (или $1,958 млрд.) Принимающие страны Швеция и Дания планируют покрыть примерно половину суммы. Однако переговоры о точных взносах от каждого партнера все еще продолжаются. [19] С 2010 года по 30 сентября 2015 года ESS функционировала как Swedish aktiebolag , или AB. [15]

Выбор места

Первоначально рассматривались три возможных места для ESS: Бильбао (Испания), Дебрецен (Венгрия) и Лунд (Швеция). [20]

28 мая 2009 года семь стран выразили поддержку размещению ESS в Швеции. Кроме того, Швейцария и Италия заявили, что поддержат это место большинством голосов. [21] 6 июня 2009 года Испания сняла кандидатуру Бильбао и подписала соглашение о сотрудничестве со Швецией, поддержав Лунд в качестве основного места, но с выполнением ключевых компонентов разработки в Бильбао. Это фактически определило месторасположение ESS; затем состоялись подробные экономические переговоры между странами-участницами. [22] 18 декабря 2009 года Венгрия также решила предварительно поддержать ESS в Лунде, тем самым сняв кандидатуру Дебрецена. [20] [23]

Строительство объекта началось в начале 2014 года, а мероприятие состоялось в сентябре того же года. Пользовательская программа начнется в 2027 году. [7] До объекта можно добраться по трамвайной линии Лунда , первой новой трамвайной системе в Швеции за более чем столетие.

Линейный ускоритель

Ускорительный туннель (декабрь 2021 г.).

ESS использует линейный ускоритель [24] ( linac ) для ускорения пучка протонов от выхода его источника ионов при 75 кэВ до 2 ГэВ , на входе ускорителя протоны движутся со скоростью ~1% от скорости света , а на выходе ускорителя они достигают скорости ~95% от скорости света. Ускоритель использует как обычные проводящие, так и сверхпроводящие полости .

Нормальные проводящие полости - это радиочастотный квадруполь , RFQ , работающий на частоте 352,21  МГц и ускоряющий протонный пучок до энергии 3,62 МэВ . Следующая структура - это транспортная линия для протонов средней энергии, MEBT, которая транспортирует пучок из RFQ в следующую структуру для дальнейшего ускорения. В MEBT измеряются свойства пучка, пучок очищается от поперечного гало вокруг пучка, а также очищаются голова и хвост импульса пучка с помощью поперечно отклоняющего электромагнитного прерывателя. Дрейфовый трубчатый линейный ускоритель, DTL , который является структурой ниже по потоку от MEBT, ускоряет пучок далее 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, использующая двухспицевые полости до энергии ~216 МэВ, затем два семейства эллиптических полостей, которые оптимизированы для ускорения протонов средней и высокой энергии на частоте 704,42 МГц. После эллиптических полостей линия передачи направляет пучок к мишени, и непосредственно перед отправкой пучка к мишени для получения нейтронов расщепления расширяет пучок и окрашивает мишень для рассеивания выделяемого тепла на большей площади.

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

За исключением RFQ, который использует ту же структуру и поле для ускорения и фокусировки пучка, поперечная фокусировка пучка протонов выполняется с помощью магнитных линз. В транспортировке пучка низкой энергии, сразу после источника ионов, используются магнитные соленоиды , в DTL используются постоянные квадрупольные магниты , а остальная часть линейного ускорителя использует электромагнитные квадруполи.

Цель расщепления и ее воздействие на окружающую среду

Продолжается монтаж вольфрамового мишенного колеса, ноябрь 2023 г.

Приборы для нейтронного рассеяния и визуализации в ESS

Инструмент LOKI (декабрь 2021 г.)

Целевая станция окружена приборными залами с научными приборами, размещенными в четырех секциях по сторонам света. [32] В западной секции научные приборы расположены в 156 метрах от центра целевой станции. В южной секции расстояние составляет от 50 до 80 метров, а научные приборы, расположенные ближе всего к целевой станции, находятся в северной и восточной секциях. [32]

Первоначально будет установлено 15 различных научных приборов: [33]

Крупномасштабные конструкции:

  • ODIN (визуализация) [33]
  • СКАДИ ( САНС общего назначения ) [33]
  • LoKI (Широкополосный SANS) [33]
  • FREIA (Горизонтальный рефлектометр ) [33]
  • ESTIA (Вертикальный рефлектометр) [33]

Дифракция :

  • ХЕЙМДАЛЬ (Порошковый дифрактометр ) [33]
  • DREAM (Порошковый дифрактометр) [33]
  • BEER (Инженерный дифрактометр) [33]
  • MAGiC (Магнетизм дифрактометр) [33]
  • NMX (макромолекулярный дифрактометр) [33]

Спектроскопия :

  • CSPEC ( Спектрометр с холодным прерывателем ) [33]
  • T-REX (термический спектрометр с прерывателем) [33]
  • БИФРОСТ (Кристалл-анализатор-спектрометр) [33]
  • VESPA (Вибрационный спектрометр) [33]
  • ЧУДЕСА (Спектрометр обратного рассеяния) [33]

ESSnuSB

Проект European Spallation Source neutrino Super Beam (ESSnuSB) направлен на измерение нарушения лептонной CP-симметрии на втором максимуме нейтринных осцилляций, что обеспечивает более высокую чувствительность, чем первый максимум. Ожидается, что после 10 лет сбора данных ESSnuSB покроет более 70% диапазона фаз с нарушением CP с уровнем достоверности 5σ, достигнув точности лучше 8° для всех значений δCP. Проект расширения ESSnuSB+ фокусируется на измерении сечений нейтрино-ядра в диапазоне энергий 0,2-0,6 ГэВ для устранения систематических неопределенностей. Это будет достигнуто с помощью двух новых установок: низкоэнергетического nuSTORM (LEnuSTORM) и низкоэнергетического контролируемого нейтринного пучка (LEMNB). Проект также включает разработку прототипа целевой станции, общего ближнего детектора и исследования черенковских детекторов на воде, легированной гадолинием. [34] [35]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "European Spallation Source - Homepage". ESS . 2014. Архивировано из оригинала 17 мая 2014 года . Получено 5 августа 2014 года .
  2. ^ European Spallation Source. "Construction Site Weekly Updates". europeanspallationsource.se . Получено 17 июля 2015 г.
  3. ^ "Data Management & Software Centre | ESS". europeanspallationsource.se . Получено 22 июля 2024 г. .
  4. ^ «ESS DMSC теперь является частью кампуса DTU Lyngby | ESS».
  5. ^ «Центр управления данными и программного обеспечения ESS переезжает в DTU».
  6. ^ "ESS - Введение". European Spallation Source . 2013. Получено 11 марта 2014 .
  7. ^ ab "ESS пересматривает план и бюджет проекта | ESS". europeanspallationsource.se . Получено 2024-08-09 .
  8. ^ European Spallation Source. "Уникальные возможности ESS". europeanspallationsource.se . Получено 17 июля 2015 г.
  9. ^ Мезей, Ференц (1996). «Смысл существования источников расщепления с длинными импульсами». Журнал нейтронных исследований . 6 (1–3): 3–32. дои : 10.1080/10238169708200095.
  10. ^ Mezei, Ferenc (1997). "Источники расщепления с длинным импульсом". Physica B: Condensed Matter . 234–236: 1227–1232. Bibcode :1997PhyB..234.1227M. doi :10.1016/S0921-4526(97)00271-8.
  11. ^ «Как скромный нейтрон может помочь решить некоторые из самых глубоких тайн Вселенной | Исследования и инновации». projects.research-and-innovation.ec.europa.eu . 2023-05-29 . Получено 2024-06-08 .
  12. ^ "Информационный листок о финансировании ЕС для инноваторов" (PDF) . Европейский инвестиционный банк . Получено 4 февраля 2024 г. .
  13. ^ Банк, Европейский Инвестиционный (2022-01-27). Отчет о деятельности ЕИБ за 2021 год. Европейский Инвестиционный Банк. ISBN 978-92-861-5108-8.
  14. ^ "InnovFin EU Finance для новаторов". EIB.org . Получено 2022-05-12 .
  15. ^ abcde "История ESS". European Spallation Source . 2013. Получено 11 марта 2014 .
  16. ^ Европейская дорожная карта по разработке систем с ускорителями (ADS) для сжигания ядерных отходов красивый макет с плохими картинками уродливый макет с хорошими картинками Архивировано 22 июля 2015 г. на Wayback Machine
  17. ^ "The European Spallation Source | ESS". Europeanspallationsource.se . Получено 11 марта 2014 г. .
  18. ^ Европейский источник спаллиации ERIC (20 августа 2015 г.). "Европейская комиссия создает ESS как европейский консорциум исследовательской инфраструктуры". Европейский источник спаллиации . ESS . Получено 22 января 2016 г.
  19. ^ FAQ Финансирование и расходы - ESS
  20. ^ ab "ESS Magyarország". Esshungary.eu. Архивировано из оригинала 11 марта 2014 г. Проверено 11 марта 2014 г.
  21. ^ "Явная поддержка ESS в Швеции: большой шаг для европейской науки" (пресс-релиз). Ess-scandinavia.eu. 29 мая 2009 г. Архивировано из оригинала 7 июня 2009 г.
  22. ^ "Шведско-испанское соглашение по ESS в Лунде начало новой фазы сотрудничества" (пресс-релиз). Ess-scandinavia.eu. 10 июня 2009 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2009 г.
  23. ^ "Венгрия станет 14-м партнером Европейского центра исследований источников расщепления. Все три претендента на место теперь объединяют усилия для строительства ESS в Швеции". Архивировано из оригинала 21 декабря 2009 г.
  24. ^ Garoby, Roland; et al. (2018). "The European Spallation Source Design". Physica Scripta . 93 (1): 014001. Bibcode : 2018PhyS...93a4001G. doi : 10.1088/1402-4896/aa9bff .
  25. ^ Мурманн, Райнер; Бонгардт, Клаус; Чирики, Суреш (28 марта 2009 г.). "Аспекты безопасности мощных мишеней для европейских источников расщепления" (PDF) . Исследовательский центр Юлих . Получено 1 апреля 2009 г. .
  26. ^ Мурманн, Райнер; Райхе-Бегеманн, Сигрид (28 марта 2009 г.). «Безопасность и лицензирование европейского источника расщепления (ESS)» (PDF) . Форшунгсцентр Юлиха . Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2011 года . Проверено 1 апреля 2009 г.
  27. ^ Physics World. «Взгляды твердо нацелены». Physics World . Институт физики. Архивировано из оригинала 6 апреля 2017 года . Получено 22 января 2016 года .
  28. ^ "Наша уникальная концепция устойчивой энергетики". Архивировано из оригинала 26 января 2012 года.
  29. ↑ Виденскаб ДК (22 июля 2015 г.). «Godt nyt for klimaet: Dansk-Svensk forskningsanlæg vil være CO2-нейтрально». Виденскаб ДК . Проверено 22 января 2016 г.
  30. ^ European Spallation Source ERIC. «Инновации и инжиниринг выводят ESS на путь устойчивого развития». europeanspallationsource.se . ESS . Получено 22 января 2016 г.
  31. ^ Паркер, Т. "ESS Energy Design Report 2013" (PDF) . europeanspallationsource.se . ESS. Архивировано из оригинала (PDF) 27 января 2016 г. . Получено 22 января 2016 г. .
  32. ^ ab Peggs, Steven (2013). "The Reference Instrument Suite". ESS Technical Design Report (PDF) . European Spallation Source. стр. 53–55. ISBN 978-91-980173-2-8.
  33. ^ abcdefghijklmnop Андерсен, КХ; и др. (21 марта 2020 г.). «Набор инструментов Европейского источника расщепления». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 957 : 163402. Bibcode : 2020NIMPA.95763402A. doi : 10.1016/j.nima.2020.163402 . hdl : 10261/218615 . S2CID  212411827.
  34. ^ "ESSnuSB / ESSnuSB+".
  35. ^ Алеку, А.; Бауссан, Э.; Кралевич, Н. Бласкович; Бленноу, М.; Богомилов М.; Букерель, Э.; Бургман, А.; Карлайл, CJ; Седеркалл, Дж.; Кристиансен, П.; Коллинз, М.; Моралес, Э. Кристальдо; Д'Алесси, Л.; Данаред, Х.; де Андре, JPAM (декабрь 2021 г.). «Обновленные физические характеристики эксперимента ESSnuSB». Европейский физический журнал C . 81 (12): 1130. arXiv : 2107.07585 . Бибкод : 2021EPJC...81.1130A. doi : 10.1140/epjc/s10052-021-09845-8. ISSN  1434-6044. S2CID  236033945.

Дальнейшее чтение

  • С. Пеггс и др. Отчет о техническом проекте ESS. Архивировано 15 июля 2015 г. на Wayback Machine , апрель 2013 г.
  • Европейский источник расщепления. Отчет об активности источника расщепления в Европе за 2015 год, апрель 2015 г.
  • Источник европейского расщепления. Серия статей: ESS Instrument Suite, 2014–2015.
  • Халлонстен, О. 2012. Введение: В погоне за обещанием. В O. Hallonsten (ред.) В погоне за обещанием: Перспективы политического процесса по созданию Европейского источника расщепления (ESS) в Лунде, Швеция (стр. 11–19). Лунд: Arkiv Academic Press, 2012, стр. 12.
  • Пролингхойер, Н.; Хербст, М.; Хеуел-Фабианек, Б.; Мурманн, Р.; Набби, Р.; Шлегль, Б., Вандерборг, Дж. 2009: Оценка мощности дозы от активированных грунтовых вод на площадках ускорителей. Ядерные технологии, т. 168, № 3, декабрь 2009 г., стр. 924–930.
  • Хеуэль-Фабианек, Б. 2014: Коэффициенты распределения (Kd) для моделирования процессов переноса радионуклидов в подземных водах (PDF; 9,4 МБ) JÜL-Berichte, Forschungszentrum Jülich, Nr. 4375, 2014, ISSN 0944-2952.
  • Т. Паркер. Отчет ESS по экологическому проектированию, январь 2013 г.
  • Сайт European Spallation Source. Самый актуальный источник информации о проекте ESS.
  • Еженедельные обновления о ходе строительства ESS и веб-камеры в режиме реального времени на строительной площадке.
  • essworkshop.org – Посмотрите, как продвигается проектирование приборов для будущей ESS-Scandinavia.
  • BrightnESS, грантовый проект ЕС в поддержку ESS.
  • SREss, грантовый проект ЕС в поддержку ESS.

55°44′06″N 13°15′05″E / 55.7350°N 13.2514°E / 55.7350; 13.2514

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=European_Spallation_Source&oldid=1249139762"