Sincrotron australian - Australian Synchrotron

Sincrotronul australian al ANSTO este o instalație națională de radiație a sincrotronului de 3 GeV , situată în Clayton , în suburbiile sud-estice ale orașului Melbourne , Victoria , care a fost deschisă în 2007.

Sincrotronul australian al ANSTO este o instalație de sursă de lumină (spre deosebire de un colizor ), care folosește acceleratoare de particule pentru a produce un fascicul de electroni cu energie ridicată care sunt crescute până la aproape viteza luminii și direcționate într-un inel de stocare unde circulă timp de multe ore sau chiar zile la rând. Deoarece calea acestor electroni este deviată în inelul de stocare, fie prin magneți de îndoire, fie prin dispozitive de inserție , ei emit lumină sincrotronă . Lumina este canalizată către stații experimentale care conțin echipamente specializate, permițând o serie de aplicații de cercetare, inclusiv imagini de înaltă rezoluție, care nu sunt posibile în condiții normale de laborator.

Sincrotronul australian al ANSTO susține nevoile de cercetare ale marilor universități și centre de cercetare din Australia și ale întreprinderilor, de la întreprinderi mici până la mijlocii până la companii multinaționale. În perioada 2014-15, sincrotronul australian a susținut peste 4.300 de vizite de cercetători și aproape 1.000 de experimente în domenii precum medicina, agricultura, mediu, apărare, transporturi, producție avansată și minerit.

În 2015, guvernul australian a anunțat o investiție de zece ani, în valoare de 520 milioane USD, în operațiuni prin ANSTO , Organizația de Știință și Tehnologie Nucleară din Australia.

În 2020, a fost folosit pentru a ajuta la cartografierea structurii moleculare a virusului COVID-19 , în timpul pandemiei COVID-19 în curs .

Sisteme de accelerare

Interiorul instalației de sincrotron australian în 2006 înainte de instalarea liniilor de fascicul. Dominarea imaginii este inelul de stocare , cu o stație terminală experimentală în fața dreapta. În mijlocul inelului de depozitare se află inelul de rapel și linac .

Arma electronică

Electronii utilizați pentru a furniza lumina sincrotronului sunt produși mai întâi la pistolul cu electroni , prin emisie termionică de la un catod metalic încălzit. Electronii emiși sunt apoi accelerați la o energie de 90 keV (kilo- electron volți ) printr-un potențial de 90 kilovolt aplicat peste pistol și se îndreaptă spre acceleratorul liniar.

Accelerator liniar

Accelerator liniar (sau linac) utilizează o serie de RF cavități, care funcționează la o frecvență de 3 GHz, pentru a accelera fasciculul de electroni la o energie de 100 MeV, pe o distanță de aproximativ 15 metri. Datorită naturii acestei accelerații, fasciculul trebuie separat în pachete discrete sau „ciorchini”. Procesul de îmbinare se face la începutul linacului, folosind mai multe cavități de „îmbinare”. Linacul poate accelera un fascicul o dată pe secundă. Mai departe de-a lungul linacului se utilizează magneți cvadrupolari pentru a ajuta la focalizarea fasciculului de electroni.

În interiorul ecranului inelului de rapel, linacul este vizibil în imaginea din dreapta, extinzându-se de la pistolul de electroni de la peretele îndepărtat și se alătură în inelul de rapel văzut în stânga

Sincrotron de rapel

Boosterul este un sincrotron de electroni care ia fasciculul de 100 MeV de la linac și îi mărește energia la 3 GeV. Inelul de rapel are o circumferință de 130 de metri și conține o singură cavitate RF cu 5 celule (care funcționează la 500 MHz) care furnizează energie fasciculului de electroni. Accelerarea fasciculului se realizează printr-o creștere simultană a câmpului de forță și de cavitate a magnetului. Fiecare ciclu de rampa durează aproximativ 1 secundă (pentru o rampa completă în sus și în jos).

Inel de depozitare

Inelul de stocare este destinația finală pentru electronii accelerați. Are o circumferință de 216 metri și constă din 14 sectoare aproape identice. Fiecare sector este format dintr-o secțiune dreaptă și un arc, arcurile conținând doi magneți de „îndoire” dipolici fiecare. Fiecare magnet dipol este o sursă potențială de lumină sincrotronă și majoritatea secțiunilor drepte pot găzdui, de asemenea, un dispozitiv de inserție , oferind posibilitatea a peste 30 de linii de fascicul la sincronul australian. Două dintre secțiunile drepte sunt utilizate pentru a găzdui inelul de stocare a cavităților RF de 500 MHz, care sunt esențiale pentru înlocuirea energiei pe care fasciculul o pierde prin radiația sincrotronului. Inelul de stocare conține, de asemenea, un număr mare de magneți quadrupolari și sextupoli utilizați pentru focalizarea fasciculului și corecțiile cromatice . Inelul este proiectat pentru a conține 200 mA de curent stocat cu o durată de viață a fasciculului de peste 20 de ore.

Sisteme de vid

Fasciculul de electroni este păstrat în orice moment într-un vid foarte ridicat în timpul procesului de accelerație și în inelul de stocare. Acest vid este necesar deoarece orice coliziune a fasciculului cu moleculele de gaz va degrada rapid calitatea fasciculului și va reduce durata de viață a fasciculului. Vidul este realizat prin încadrarea grinzii într-un sistem de țevi din oțel inoxidabil, numeroase sisteme de pompe de vid funcționând continuu pentru a menține calitatea vidului ridicată. Presiunea în inelul de stocare este de obicei în jur de 10 −13 bari (10 nPa ).

Sistem de control

Fiecare canal digital / analogic I / O este asociat cu o intrare a bazei de date într-un sistem de baze de date distribuite open source personalizat numit EPICS (Fizică experimentală și sistem de control industrial). Starea sistemului este monitorizată și controlată prin conectarea GUI-urilor specializate la intrările de baze de date specificate. Există aproximativ 171.000 de intrări în baza de date (cunoscute și sub numele de variabile de proces), dintre care multe se referă la I / O fizică. Aproximativ 105.000 dintre acestea sunt arhivate permanent la intervale cuprinse între zecimi de secundă și minute.

Un anumit control la nivel înalt al parametrilor fizici ai fasciculului este furnizat prin MATLAB, care oferă, de asemenea, instrumente de analiză a datelor și o interfață cu un model computerizat al acceleratorului. Protecția personalului și a echipamentelor se realizează prin utilizarea sistemelor bazate pe PLC , care transferă, de asemenea, date către EPICS.

Beamlines utilizează, de asemenea, EPICS ca bază pentru controlul lor.

Liniile fasciculului de sincrotron australian

Linia fasciculului de raze X moale și stația de terminare
  • Imagistica și linia fasciculului medical (IMBL)
  • Linia fasciculului de microscopie cu fluorescență cu raze X (XFM)
  • Linii de fascicul macromoleculare și micro cristalografice (MX1 și MX2) ( cristalografie proteică )
  • Linia fasciculului de microscopie cu infraroșu (IRM)
  • Infraroșu îndepărtat, linia fasciculului de spectroscopie ThZ (ThZ)
  • Linia fasciculului de spectroscopie cu raze X moi (SXR)
  • Linia fasciculului de dispersie cu raze X cu unghi larg și mic (SAXS / WAXS)
  • Linia fasciculului de spectroscopie de absorbție cu raze X (XAS)
  • Pudra de difracție (PD) Beamline

Linii de lumină în construcție (începând cu 2021)

  • Tomografie computerizată micro (MCT)
  • Spectroscopie de absorbție a razelor X cu energie medie (MEX1 și MEX2)
  • Împrăștiere biologică cu unghi mic (BioSAXS)
  • Difracție avansată și împrăștiere (ADS1 și ADS2)
  • Fluorescență cu raze X NanoProbe (Nano)
  • Cristalografie macromoleculară de înaltă performanță (MX3)

Vezi si

Referințe

linkuri externe

Coordonatele : 37.914092 ° S 145.142649 ° E 37 ° 54′51 ″ S 145 ° 08′34 ″ E /  / -37.914092; 145.142649