Австралийский синхротрон - Australian Synchrotron

Австралийский синхротрон ANSTO это 3 ГэВ национальный синхротронное излучение объект, расположенный в Clayton, в юго-восточном пригороде г. Мельбурн, Виктория, который открылся в 2007 году.[1][2] Это самый большой ускоритель частиц в Южное полушарие.[3]

Австралийский синхротрон ANSTO - это источник света объект (в отличие от коллайдер ), который использует ускорители частиц для получения пучка высокой энергии электроны которые разгоняются почти до скорости света и направляются в кольцо для хранения где они циркулируют много часов. Поскольку путь этих электронов отклоняется в накопительном кольце поворотными магнитами или устройства для вставки они испускают синхротронный свет. Свет направляется к экспериментальным конечным станциям, содержащим специализированное оборудование, что позволяет использовать ряд исследовательских приложений, включая изображения с высоким разрешением, что невозможно в нормальных лабораторных условиях.[4]

Австралийский синхротрон ANSTO поддерживает исследовательские потребности крупных университетов и исследовательских центров Австралии, а также различных предприятий, от малых и средних предприятий до транснациональных компаний. В течение 2014-15 годов австралийский синхротрон поддержал более 4300 визитов исследователей и около 1000 экспериментов в таких областях, как медицина, сельское хозяйство, окружающая среда, оборона, транспорт, передовое производство и горнодобывающая промышленность.[5]

В 2015 году правительство Австралии объявило десятилетний 520 австралийских долларов миллионов инвестиций в операции через ANSTO, Австралийская организация ядерной науки и технологий.[6][7]

В 2020 году его использовали для картирования молекулярная структура из COVID-19 вируса, во время продолжающегося COVID-19 пандемия.[3]

Системы ускорителей[8]

Интерьер австралийского синхротрона в 2006 году до монтажа пучков. В образе доминирует кольцо для хранения, с экспериментальной конечной станцией спереди справа. В середине накопительного кольца находится усилительное кольцо и линейный ускоритель.

Электронная пушка

Электроны, используемые для обеспечения синхротронного света, сначала производятся на электронная пушка, к термоэлектронная эмиссия от нагретого металлического катода. Затем испускаемые электроны ускоряются до энергии 90 кэВ (килограмм).электрон-вольт ) с помощью потенциала 90 киловольт, приложенного к пушке, и попадают в линейный ускоритель.

Линейный ускоритель

В линейный ускоритель (или линейный ускоритель) использует серию РФ резонаторы, работающие на частоте 3 ГГц, для ускорения электронного пучка до энергии 100 МэВ на расстоянии около 15 метров. Из-за природы этого ускорения луч должен быть разделен на дискретные пакеты или «сгустки». Процесс группирования выполняется в начале линейного ускорителя с использованием нескольких полостей «группирования». Линак может ускорять луч один раз в секунду. Далее по линейному ускорителю квадрупольные магниты используются, чтобы помочь фокус электронный луч.

Внутри экрана бустерного кольца линейный ускоритель Виден на изображении справа, отходящий от электронной пушки у дальней стены и соединяющийся с кольцом бустера, видимый слева

Бустерный синхротрон

Бустер - электрон синхротрон который забирает пучок 100 МэВ из линейного ускорителя и увеличивает его энергию до 3 ГэВ. Кольцо усилителя имеет длину 130 метров и содержит единственный 5-элементный РЧ-резонатор (работающий на частоте 500 МГц), который обеспечивает энергию для электронного луча. Ускорение луча достигается за счет одновременного увеличения силы магнита и полей резонатора. Каждый цикл линейного изменения занимает приблизительно 1 секунду (для полного разгона и спада).

Кольцо для хранения

Накопитель - это конечный пункт назначения ускоренных электронов. Его окружность составляет 216 метров, и он состоит из 14 практически одинаковых секторов. Каждый сектор состоит из прямого участка и дуги, каждая из которых содержит по два дипольных «изгибающих» магнита. Каждый дипольный магнит является потенциальным источником синхротронного света, и в большинстве прямых участков также может находиться устройство для вставки, давая возможность 30+ пучков на австралийском синхротроне. Две прямые секции используются для размещения ВЧ-резонаторов накопителя на 500 МГц, которые необходимы для восполнения энергии, которую пучок теряет из-за синхротронного излучения. Накопитель также содержит большое количество квадруполь и секступоль магниты, используемые для фокусировки луча и цветность исправления. Кольцо рассчитано на 200 мА накопленного тока при сроке службы пучка более 20 часов.

Вакуумные системы

Электронный пучок все время находится в очень высоком вакууме во время процесса ускорения и внутри накопительного кольца. Этот вакуум необходим, поскольку любые столкновения луча с молекулами газа быстро ухудшают качество луча и сокращают срок его службы. Вакуум достигается за счет помещения балки в систему труб из нержавеющей стали, при этом многочисленные системы вакуумных насосов постоянно работают над поддержанием высокого качества вакуума. Давление внутри накопительного кольца обычно составляет около 10−13 бар (10 нПа ).

Система контроля

Каждый цифровой и аналоговый канал ввода / вывода связан с записью в базе данных в настраиваемом распределенном Открытый исходный код система базы данных называется EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Состояние системы контролируется и контролируется подключением специализированных GUI к указанным записям базы данных. Существует около 171000 записей базы данных (также известных как переменные процесса), многие из которых относятся к физическому вводу-выводу. Около 105 000 из них постоянно хранятся в архиве с интервалом от десятых долей секунды до минут.

Некоторый высокий уровень управления физическими параметрами луча обеспечивается через MATLAB который также предоставляет инструменты анализа данных и интерфейс с компьютеризированной моделью ускорителя. Защита персонала и оборудования достигается за счет использования ПЛК -системы, которые также передают данные в EPICS.

Beamlines также используют EPICS в качестве основы для управления.

Каналы австралийского синхротрона

Мягкий Рентгеновский канал и конечная станция

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Официальное открытие веб-трансляций и архив сайта, 31 июля 2007 г.
  2. ^ «Ученые представят синхротрон-монстр», ABC News, 31 июля 2007 г.
  3. ^ а б Макгинн, Кристина (30 марта 2020 г.). «Австралийские эксперты открывают лекарство от COVID-19». Австралийский. Получено 31 марта 2020.
  4. ^ «Примеры из практики». industry.synchrotron.org.au. Архивировано из оригинал 3 марта 2016 г.. Получено 4 ноября 2015.
  5. ^ «Австралийский синхротрон: Годовой отчет за 2015 г.» (PDF). Австралийский синхротрон. Получено 23 марта 2016.
  6. ^ «В следующем десятилетии синхротронный свет станет ярче». 7 декабря 2015.
  7. ^ Австралийская организация ядерной науки и технологий
  8. ^ «Информационный бюллетень об австралийской синхротронной машине».

внешняя ссылка