Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. Spindulio struktūrinis sudėtingumas didėja, kai jis matuojamas didesne skiriamąja geba. Kreditas: ORNL / Jill Hemman

Didelio intensyvumo akceleratoriaus spindulyje yra trilijonai žaibo greičiu lekiančių dalelių, galingos magnetinės sistemos ir didelės energijos superlaidininkai. Spindulio fizikos skaičiavimai yra tokie sudėtingi, kad net greičiausias superkompiuteris negali pasivyti.

Tačiau didžiausia akceleratoriaus fizikų sėkmė Energetikos departamento Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje (ORNL) (DOE) leido ištirti pluošto charakteristikas nepaprastai naujai. Jie naudojo naujai sukurtą matavimo metodiką, kad geriau suprastų pluošto nuostolius – klaidžiojančias daleles, keliaujančias už akceleratoriaus uždarymo zonos. Siekiant sumažinti efektyvesnius greitintuvus mažesnėmis skalėmis ir mažesnėmis sąnaudomis, labai svarbu sumažinti spindulių nuostolius.

„Tai problema, kuri mus persekiojo daugiau nei 20 metų“, – sakė ORNL greitintuvo fizikas Aleksandras Aleksandrovas. CERN Ir neutronų šaltinio spallation (SNS) Oak Ridge “

1,4 MW galios SNS yra vienas pagrindinių DOE tyrimų padalinių, pasitelkiantis neutronus energijai ir medžiagoms tirti atominiame lygyje. Neutronai SNS generuojami varant protonų šakas ar impulsus beveik 90 procentų šviesos greičio išilgai augalo linijinio greitintuvo ar lignako. „Linac“ gale protonų pluoštas atsitrenkia į metalinį tikslinį indą, pripildytą skysto gyvsidabrio, kuris sukasi 60 kartų per sekundę greičiu.

Atominiai susidūrimai sukelia neutronų sklaidą – apie 20 neutronų vienam protonui. Tada neutronai per energijos valdiklius ir vakuumines kameras skrenda į aplinkinius instrumentus, kuriuos mokslininkai naudoja tirdami, kaip išsidėstę materialūs atomai ir kaip jie elgiasi. Iš esmės pagreičio padidėjimas padidina generuojamų neutronų skaičių, taip padidindamas gamyklos mokslinį produktyvumą ir įgalindamas naujo tipo eksperimentus.

„Idealiu atveju mes norime, kad visos pluošto dalelės būtų sutelktos į labai kompaktišką vieną debesį. Nukritus dalelėms, jos suformuoja mažo tankio debesį, vadinamą radialiniu pluoštu. Jei spindulys yra per didelis ir jis liečiasi su akceleratoriaus sienele, tai gali sukelti spindulių nuostolius ir potencialiai žalingą radiacijos poveikį bei kitas problemas “, – teigė Alexandra.

Užuot atlikusi matavimus SNS, komanda naudojo SNS linac modelį ORNL „Beam Test Facility“. Naudodami modelį mokslininkai galėjo atlikti pažangius greitintuvų fizikos tyrimus, nenutraukdami eksperimentų tikroje neutronų gamykloje.

Pažangi matavimo technika atitinka tas pačias rekomendacijas, kurias tyrėjai naudojo 2018 m., Matuodami pirmąjį dalelių greitintuvo spindulį šešiais matmenimis. Nors 3D erdvėje yra taškų x, y ir z ašyse, kad būtų galima išmatuoti vietą, 6D srityje yra dar trys papildomos koordinatės dalelės kampui ar trajektorijai išmatuoti.

„Iš tikrųjų ši technika yra gana paprasta. Mes panaudojome daugybę griovelių turinčių medžiagų blokų, kuriuos naudojome iškirpdami mažų sijų pavyzdžius. Tai suteikia mums pluoštą su mažesniu, lengviau valdomu dalelių skaičiumi, kurį galime išmatuoti, ir mes galime tą bloką pajudinti, kad pamatuotume kitas pluošto dalis “, – sakė Alexandra.

Pluošto pavyzdžiai yra paimti iš linacinio šerdies greitintuvo komponento, vadinamo „Medium Power Beam Transport Line“ arba „MEBT MEBT“. Maždaug 4 metrų ilgio modelyje yra sijos grandiklis, kuris sumažina ankstyvojo spindulio spindulį ir suteikia daugiau vietos nei MEBT. kitos diagnostikos priemonės

“Tačiau vietoj to, kad nupjautume 6D fazės plotą, šį kartą dviejų matmenų fazių erdvėje iškirpome tik pavyzdį”, – sakė jis. Skiriamoji geba yra daug didesnė. “

Naudojant 6D matavimą kaip pagrindinį vadovą, 2D matavimas atrakino žymiai pagerintus skiriamosios gebos lygius 1 milijonui dalių. Viena dalis milijonui šiuolaikiniams greitintuvams yra svarbi dėl dviejų priežasčių, pasak Aleksandrovo. Tai yra didžiausias leistinas tankis, kuriuo galima valdyti pluošto spindulį, ir tai yra skiriamosios gebos laipsnis arba dinaminis diapazonas, reikalingas norint patvirtinti ir sukurti tikslesnį kompiuterinio modeliavimo modeliavimą radialinio pluošto efekto.

„Anksčiau tokio lygio šviesos pluošto modeliavimas buvo neįmanoma užduotis, nes kompiuteriai negalėjo apskaičiuoti milijardų dalelių. Ir dabar jie gali Tačiau to nebuvo galima tiksliai pasiekti be šių pradinių spindulių pasiskirstymo “, – sakė Kierstenas Ruisardas, mokslų daktaras Cliffordas G.„ Nė vienas mums žinomas modelis nenumatė išmatuotų spindulių nuostolių modelių akseleratoriuje. Norint sukurti efektyvesnius modelius, kurie padėtų mums sumažinti šiuos nuostolius, būtina išbandyti savo modelius precedento neturinčiu tikslumu. “

Išmatuojant santykinai mažos energijos 2,5 megavato spindulį, mokslininkai gali sužinoti, kaip modeliuoti spindulį su didesne energija. Aleksandrovas sakė, kad jie dirba toliau tobulindami techniką, kuri apims lazerius. žymiai didesnė energija, 1 gigabito įtampa Atnaujinimas užtruko vos kelerius metus.

Komandos išvados skelbiamos mokslo žurnaluose. Branduoliniai aparatai ir fizikos tyrimų metodai.Be Aleksandrovo, Cousineau ir Ruisardo, straipsnio autoriai yra ORNL Aleksandras Žukovas.

„Nors dabar galime pagaminti 100 megavatų greitintuvą, tai nėra praktiška. Jie yra per dideli ir per brangūs “, – sakė Sarah Cousineau, fizikė, ORNL greitųjų tyrimų skyriaus mokslo ir technologijų vadovė. Bet tai tik leidžia mums laipsniškai suprasti ir imituoti radialinį spindulį. Bet tai taip pat pagerina mūsų supratimą, kaip padaryti akseleratorių efektyvesnį mažesniu mastu ir priimtinesnėmis sąnaudomis “.

Nuoroda: „Pirmasis 2,5 MeV RFQ išėjimo matavimas, kai dinaminis diapazonas yra 1 dalis milijonui“, A. Aleksandrov, S. Cousineau, K. Ruisard ir A. Zhukov, 2020 m. Lapkričio 2 d., Branduoliniai aparatai ir fizikos tyrimų metodai..
DOI: 10.1016 / j.nima.2020.164829

SNS yra priemonė DOE vartotojams. Mokslo biuras „UT-Battelle LLC“ valdo DOE mokslo biuro ORNL. Mokslo biuras yra didžiausias fizinių mokslų pagrindinių mokslinių tyrimų indėlis JAV ir stengiasi spręsti vis spartėjančius iššūkius. Skubu mūsų laikais

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Išradingi vandenyno mikrobai puikiai renka maistą, kai jo trūksta

Coscinodiscus wailesii diatoma su pritvirtinta Pseudovorticella coscinodisci ciliarine epibionte. Brūkšninės linijos gaunamos iš srautų, kuriuos generuoja silikatiniai epibionai. Šaltinio vaizdo įrašas buvo...

Netikėti pterozaurai lengvai galėjo skristi

Nuotraukoje pavaizduota Pterodaustro guinazui banda. Autorius: dr. Markas Wittonas Naujai suformuoti pterozaurai galėjo skristi, tačiau jų skraidymo įgūdžiai galėjo skirtis nuo suaugusiųjų pterozaurų. Pterozaurai -...

Žindymas – net kelias dienas – susijęs su mažesniu vaikystės kraujospūdžiu

Net keletą dienų žindomų kūdikių kraujospūdis 3 metų amžiaus yra žemesnis nei vaikų, kurie niekada nemaitino krūtimi. Žindomų naujagimių kraujospūdis yra žemas, neatsižvelgiant į jų...

Dirbtinio intelekto naudojimas norint rasti senėjimo cheminius junginius

Iki Surėjaus universitetas 2021 m. Liepos 24 d Surrey universitetas sukūrė dirbtinio intelekto (AI) modelį, kuris identifikuoja sveiką senėjimą skatinančius cheminius junginius, atverdamas kelią farmacijos naujovėms,...

NASA apdovanojo „SpaceX“ sutartį su „Europa Clipper“ misijos įkūrimu

Jis yra NASA 2021 m. Liepos 24 d Šis vaizdas, patikslintas 2020 m. Gruodžio mėn., Rodo NASA erdvėlaivį „Europa Clipper“. Vidaus vandenynams padvigubėjus žemės vandenynų...

Newsletter

Subscribe to stay updated.