ESS

European Spallation Source
Вид с высоты на исследовательский центр
Вид с высоты на исследовательский центр
Тип линак
Назначение источник нейтронов
Страна Швеция
Годы работы с 2025
Технические параметры
Частицы протоны
Энергия 2 ГэВ
Периметр/длина 600 м
Частота повторения 14 Гц
Ток пучка 62.5 мА (в импульсе 2.6 мс)
Прочая информация
Географические координаты 35°57′03″ с. ш. 84°18′07″ з. д.HGЯO
Сайт ess.eu
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

European Spallation Source (ESS) — строящийся международный ускорительный комплекс, самый интенсивный в мире импульсный источник нейтронов. Установка сооружается близ города Лунд, Швеция, силами 23 европейских организаций из 13 стран[1]: Великобритания, Венгрия, Германия, Дания, Испания, Италия, Норвегия, Польша, Франция, Швейцария, Швеция, Чехия, Эстония[2].

Сверхпроводящий ускоритель

Ускорительный комплекс

Поток нейтронов возникает в результате реакции скалывания при сбросе пучка протонов высокой энергии на мишень из материала с тяжёлым ядром: протон выбивает из ядра отдельные нуклоны, оставляя ядро в нестабильном и возбуждённом состоянии. Ядро излучает протоны, нейтроны, альфа-частицы с характерными «ядерными энергиями» ~ 2 МэВ, за пределы мишени выходят лишь не имеющие электрического заряда нейтроны. Высокоэнергетичные нуклоны, выбитые первичным протоном, продолжают каскадную реакцию скалывания с пониженной энергией.

Ускоритель

Комплекс представляет собой каскад ускорителей, в совокупности ускоряющий пучок протонов до 2 ГэВ, при этом средняя мощность в пучке должна составить 5 МВт. Ввиду дороговизны проекта было принято решение на первом этапе снизить мощность до 2 МВт за счёт снижения энергии до 0.8 МэВ[1]. При этом мишенный узел сооружается на полную проектную мощность. В общей сложности ускоритель включает в себя 155 ускоряющих резонаторов и 353 магнита, задающих прохождение и фокусировку пучка[3]. Каскад ускорения можно разбить на следующие части.

Общая схема ускорительного комплекса
  • ISrc (ESS Ion Source) — ионный источник с магнетронным разрядом, из которого вытягивается пучок протонов с энергией 75 кэВ[4].
  • LEBT (Low Energy Beam Transfer) — транспорт пучка низкой энергии к первой секции ускорителя, сочетающий фокусирующие магниты и элементы диагностики пучка.
  • RFQ (Radio-Frequency Quadrupole) — ускоритель RFQ, формирующий непрерывный пучок источника в сгустки, и ускоряющий их до энергии 3.6 МэВ, работающий на частоте 352.21 МГц[5].
  • MEBT (Medium Energy Beam Transport) — участок транспортировки пучка к следующей секции ускорения
  • DTL (Drift Tubes Linac) — нормальнопроводящий линейный ускоритель с трубками дрейфа до энергии 90 МэВ, длиной почти 40 м. Рабочая частота 352.21 МГц.
  • Spoke SRF — первая ступень сверхпроводящего линака, состоящего из 26 спицевых резонаторов, для слаборелятивисткого пучка протонов (до энергии 216 МэВ), работающих на той же частоте 352.21 МГц[6].
  • Elliptical SRF — вторая и третья ступень ускорения (36 + 84 сверхпроводящих резонатора), до полной энергии 2 ГэВ. Работает на удвоенной частоте 704.41 МГц.
  • HEBT (High Energy Beam Transport) — канал транспортировки пучка к мишени[7].
Сборка мишенного узла

Мишень

Пучок несёт в себе огромную мощность (5 МВт), имея диаметр всего около 2 мм[7]. Чтобы принять эту беспрецедентную мощность разработан мишенный комплекс, представляющий собой сложное инженерное сооружение, работающее в тяжёлых радиацонных условиях. Здание мишенного узла имеет размеры 22×130 метров и высоту 37 м[8]. Мишень представляет собой колесо диаметром 2.6 м, в котором размещено 6840 блоков вольфрама общей массой 3 тонны. Колесо закреплено на конце 5 м вала, чтобы вынести вращающий его двигатель и другие требующие обслуживания узлы из радиационно-опасной зоны. Колесо разбито на 36 секторов и вращается с частотой 14Гц/36 = 0.39 Гц синхронно с приходом импульсов пучка, таким образом, чтоб каждый следующий импульс попадал в следующий сектор. Выделяемая в мишени мощность снимается продуваемым под давлением 11 атмосфер между блоками вольфрама гелием. Гелий циркулирует в замкнутом контуре, поскольку в него выделяется значительное количество радиоактивного трития, образуемого под воздействием облучения и при разогреве вольфрамовых блоков до 1000°C[8].

Весь мишенный блок, а также нейтронные модераторы и рефлекторы и диагностическая аппаратура заключены в так называемый "монолит", заполненный 3000 тоннами железа для радиационной защиты. Пучок протонов попадает к мишени, выпускаясь через алюминиевое "окно".

Строящиеся выводы нейтронных пучков от мишени на экспериментальные станции BEER, NMX, CSPEC и BIFROST, май 2023
Экспериментальная установка LoKI

Экспериментальные станции

На первом этапе сооружается 15 пользовательских станций[9]

  • ODIN (Imaging)
  • SKADI (General purpose SANS)
  • LoKI (Broadband SANS)
  • FREIA (Horizontal reflectometer)
  • ESTIA (Vertical reflectometer)
  • HEIMDAL (Powder diffractometer)
  • DREAM (Powder diffractometer)
  • BEER (Engineering diffractometer)
  • MAGiC (Magnetism diffractometer)
  • NMX (Macromolecular diffractometer)
  • CSPEC (Cold chopper spectrometer)
  • T-REX (Thermal chopper spectrometer)
  • BIFROST (Crystal analyser spectrometer)
  • VESPA (Vibrational spectrometer)
  • MIRACLES (Backscattering spectrometer)
Стройка здания мишенного узла, 2017 год

История

В 1999 году Организация экономического сотрудничества и развития объявила, что на смену действующим установкам, таким как ISIS, должны быть построены нейтронные источники нового поколения в Северной Америке, Азии и Европе[10]. В США и Японии было развёрнуто строительство центров SNS и J-PARC, а в Европе согласование затянулось. Место строительства было утверждено лишь в 2009 году, само строительство комплекса началось в 2014 году. Планировалось получить первые протоны на мишени с энергией 570 МэВ и первые нейтроны в 2019 году, а первые эксперименты на пользовательских станциях начать в 2023 году[11].

Первый пучок из ионного источника был получен в 2018 году[4]. В 2022 году пучок протонов был ускорен в нормальнопроводящей части линака[12]. В мае 2025 года пучок был ускорен до энергии 800 МэВ (проектная энергия первого этапа) и прошёл весь путь до поглотителя[13].

См. также

  • SNS — Spallation Neutron Source
  • CSNS — China Spallation Neutron Source
  • ISIS — источник нейтронов в Великобритании

Примечания

  1. ↑ 1 2 A. Jansson. The Status of the ESS Project // Proc. IPAC'2022. — JACoW, 2022. — С. 792-795. — doi:10.18429/JACoW-IPAC2022-TUIYGD1.
  2. ↑ ESS Organisation
  3. ↑ Technology: Accelerator Systems
  4. ↑ 1 2 E. Laface. First Beam Transmission Measurements in Ion Source and LEBT at the European Spallation Source // Proc. IPAC'2019. — JACoW, 2019. — С. 2353-2355. — doi:10.18429/JACoW-IPAC2019-WEPMP020.
  5. ↑ Where the protons are created and accelerated up to 90 MeV.
  6. ↑ The Spoke linac
  7. ↑ 1 2 The High Energy Beam Transport (HEBT)
  8. ↑ 1 2 Rikard Linander. The ESS target design and beam raster system // Workshop on the "Status of Accelerator Driven Systems Research and Technology Development". — CERN, 2017. — Февраль.
  9. ↑ K.H. Andersen et al. The instrument suite of the European Spallation Source // NIM A. — Elsevier, 2020. — Т. 957. — С. 1-39. — doi:10.1016/j.nima.2020.163402.
  10. ↑ The ESS Story
  11. ↑ M. Lindroos et al. Status of the ESS Accelerator Construction Project // Proc. IPAC'2015. — JACoW, 2015. — С. 3870-3872. — doi:10.18429/JACoW-IPAC2015-THPF080.
  12. ↑ R. Miyamoto et al. Beam Commissioning of Normal Conducting Part and Status of ESS Project // Proc. LINAC'2022. — JACoW, 2022. — С. 18-24. — doi:10.18429/JACoW-LINAC2022-MO1PA02.
  13. ↑ ESS Achieves Beam on Dump: Accelerator Commissioning Underway, May 16, 2025

Content Disclaimer

Informasi ini disarikan dari Wikipedia dan disajikan kembali untuk tujuan edukasi. Konten tersedia di bawah lisensi CC BY-SA 3.0. Kami tidak bertanggung jawab atas ketidakakuratan data yang bersumber dari kontribusi publik tersebut.

  1. The information displayed on this website is sourced in part or in whole from Wikipedia and has been adapted for the purpose of restating it. We strive to provide accurate and relevant information, however:
  2. There is no guarantee of absolute accuracy. Wikipedia is an open, collaborative project that can be edited by anyone, so information is subject to change.
  3. It is not intended to constitute professional advice. The content displayed is for informational and educational purposes only. For important decisions (e.g., medical, legal, or financial), please consult a professional.
  4. Content copyright. Wikipedia is licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License (CC BY-SA). This means that content may be reused with appropriate attribution and shared under a similar license.
  5. Responsible use. Any risk arising from the use of information from this website is entirely the responsibility of the user.