Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Австралийский синхротрон ANSTO - это национальная установка синхротронного излучения с энергией 3 ГэВ , расположенная в Клейтоне , в юго-восточном пригороде Мельбурна , Виктория , открытая в 2007 году. [1] [2] Это крупнейший ускоритель элементарных частиц в Южном полушарии . [3]

Австралийский синхротрон ANSTO - это объект источника света (в отличие от коллайдера ), в котором используются ускорители частиц для создания пучка высокоэнергетических электронов , которые ускоряются почти до скорости света и направляются в накопительное кольцо, где они циркулируют в течение многих часов или даже дни за раз. Поскольку путь этих электронов в накопительном кольце отклоняется поворотными магнитами или вставными устройствами , они излучают синхротронный свет . Свет направляется на экспериментальные оконечные станции, содержащие 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 о 10-летних инвестициях в размере 520 миллионов австралийских долларов в операции через ANSTO , Австралийскую организацию по ядерной науке и технологиям. [6] [7]

В 2020 году она была использована для помощи сопоставления молекулярной структуры в COVID-19 вируса, во время продолжающегося COVID-19 пандемии . [3]

Системы ускорителей [ править ]

Интерьер австралийского синхротронного комплекса в 2006 году до установки пучков. Доминирующим элементом изображения является накопительное кольцо с экспериментальной конечной станцией спереди справа. В середине накопительного кольца находится усилительное кольцо и линейный ускоритель .

[8]

Электронная пушка [ править ]

Электроны , используемые для обеспечения синхротронного излучения сначала получает в электронных пушках , путем термоэлектронной эмиссией из металлического катода с подогревом. Излучаемые электроны ускоряются до энергии 90 кэВ (кило- электрон - вольт ) потенциалом 90 кВ , приложенное к пистолет и сделать свой путь в линейный ускоритель.

Линейный ускоритель [ править ]

Линейный ускоритель (или линейный ускоритель) использует серию радиочастотных полостей, работающий на частоте 3 ГГц, для ускорения электронного пучка с энергией 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 вдоль линейного ускорителя используются квадрупольные магниты для фокусировки электронного луча.

Внутри экрана бустерного кольца на изображении справа виден линейный ускоритель, выходящий из электронной пушки у дальней стены и соединяющийся с кольцом бустера, видимый слева.

Бустерный синхротрон [ править ]

Бустер представляет собой электронный синхротрон, который принимает пучок 100 МэВ от линейного ускорителя и увеличивает его энергию до 3 ГэВ. Кольцо усилителя имеет окружность 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 [ править ]

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 на большинстве прямых участков также может быть размещено вставное устройство , что дает возможность 30+ лучей 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 квадрупольных и секступольных магнитов, используемых для фокусировки пучка ипоправки на цветность . Кольцо предназначено для удержания накопленного тока 200 мА со сроком службы луча более 20 часов.

Вакуумные системы [ править ]

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 управления [ править ]

Каждый цифровой и аналоговый канал ввода-вывода связан с записью в базе данных в настраиваемой распределенной системе баз данных с открытым исходным кодом под названием EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). Состояние системы отслеживается и контролируется путем подключения специализированных графических интерфейсов пользователя к указанным записям базы данных. Существует около 171 000 записей базы данных (также известных как переменные процесса), многие из которых относятся к физическому вводу-выводу. Около 105 000 из них постоянно архивируются с интервалом от десятых долей секунды до минут.

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

Beamlines также используют EPICS в качестве основы для управления.

Австралийские синхротронные лучи [ править ]

Мягкий рентгеновский луч и конечная станция
  • Визуализация и медицинский луч (IMBL)
  • Канал рентгеновской флуоресцентной микроскопии (XFM)
  • Макромолекулярная и микрокристаллография (MX1 и MX2) лучей ( кристаллография белков )
  • Канал инфракрасной спектроскопии (ИК)
  • Линия пучка мягкой рентгеновской спектроскопии (SXR)
  • Канал пучка малого и широкоугольного рентгеновского рассеяния (SAXS / WAXS)
  • Канал рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS)
  • Канал порошковой дифракции (PD)

См. Также [ править ]

  • Перечень объектов синхротронного излучения

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Официальное открытие веб-трансляций и архив сайта , 31 июля 2007 г.
  2. ^ "Ученые, чтобы открыть синхротрон-монстр" , ABC News , 31 июля 2007 г.
  3. ^ a b Макгинн, Кристина (30 марта 2020 г.). «Австралийские эксперты открывают лекарство от COVID-19» . Австралийский . Проверено 31 марта 2020 года .
  4. ^ «Тематические исследования» . industry.synchrotron.org.au . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Дата обращения 4 ноября 2015 .
  5. ^ "Австралийский синхротрон: Годовой отчет 2015" (PDF) . Австралийский синхротрон . Проверено 23 марта 2016 года .
  6. ^ "Синхротронный свет станет ярче в следующем десятилетии" . 7 декабря 2015.
  7. ^ Австралийская организация ядерной науки и технологий
  8. ^ "Австралийский информационный бюллетень по синхротронной машине" .

Внешние ссылки [ править ]

  • Сайт австралийского синхротрона
    • Программное обеспечение статуса объекта - обновляется каждую минуту
  • ANSTO, веб-сайт Австралийской организации ядерной науки и технологий
  • Lightsources - сайт о мировых синхротронах
  • «Австралийский синхротрон великолепен ... но что он делает?» на The Conversation , март 2012 г.
  • Деконструкция австралийского синхротрона в журнале симметрии ( Fermilab / SLAC ), май 2006 г.

Координаты : 37.914092 ° S 145.142649 ° E37 ° 54′51 ″ ю.ш. 145 ° 08′34 ″ в.д. /  / -37.914092; 145.142649