Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона

Координаты : 37 ° 05′41 ″ с.ш., 76 ° 28′54 ″ з.д. / 37,09472 ° с.ш. 76,48167 ° з.д. / 37.09472; -76,48167

Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона

Девиз	Изучение природы материи
Учредил	1984 ; 37 лет назад ( 1984 )
Тип исследования	Ядерная физика
Бюджет	c. США 200 миллионов $ (2010)
Директор	Стюарт Хендерсон
Сотрудники	675
Место расположения	Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния , США
Кампус	214 акров (87 га)
Операционное агентство	Джефферсон Сайенс Ассошиэйтс, ООО
Интернет сайт	www.jlab.org

Национальная лаборатория Томаса Джефферсона ( TJNAF ), обычно называемая лабораторией Джефферсона или JLab , - это национальная лаборатория США, расположенная в Ньюпорт-Ньюсе, штат Вирджиния . Его заявленная миссия состоит в том, чтобы «предоставить передовые научные возможности, возможности и лидерство, необходимые для открытия фундаментальной структуры ядерной материи; стать партнером в промышленности для применения передовых технологий; и служить нации и ее сообществам посредством образования и работы с общественностью». ^[1]

Вид с воздуха на лабораторию Джефферсона

Схема ускорителя и экспериментальных залов после повышения энергии до 12 ГэВ.

С 1 июня 2006 года им управляет Jefferson Science Associates, LLC, компания с ограниченной ответственностью, созданная Ассоциацией исследований юго-восточных университетов и PAE Applied Technologies. До 1996 года он был известен как Ускоритель непрерывного электронного пучка ( CEBAF ); обычно это имя все еще используется для основного ускорителя. В Jefferson Lab, основанной в 1984 году, работает более 750 человек, и более 2000 ученых со всего мира проводили исследования с использованием этого объекта. ^[2]

История [ править ]

^[3]Предприятие было создано в 1984 году (первое первоначальное финансирование было получено Министерством энергетики Министерства энергетики США) в качестве ускорителя непрерывного электронного пучка (CEBAF); в 1996 году название было изменено на Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона. Полное финансирование строительства было выделено Конгрессом США в 1986 году, и 13 февраля 1987 года началось строительство главного компонента, ускорителя CEBAF. Первый пучок был доставлен в экспериментальную зону 1 июля 1994 года. Расчетная энергия пучка 4 ГэВ была достигнута в течение 1995 года. Открытие лаборатории состоялось 24 мая 1996 года (на этом мероприятии было также изменено название). Полные начальные операции со всеми тремя начальными экспериментальными участками в режиме онлайн с расчетной энергией были выполнены 19 июня 1998 г. 6 августа 2000 г. CEBAF достиг «повышенной расчетной энергии» 6 ГэВ. В 2001,начались планы по увеличению энергии электронного пучка до 12 ГэВ и строительство четвертого экспериментального зала. Планы претворялись в жизнь через различные этапы критического решения Министерства энергетики в течение десятилетия 2000-х, с окончательным принятием Министерством энергетики в 2008 году и строительством модернизации на 12 ГэВ, начавшейся в 2009 году. 18 мая 2012 года первоначальный ускоритель CEBAF на 6 ГэВ был остановлен для замены компоненты ускорителя для модернизации на 12 ГэВ. С оригинальным CEBAF было проведено 178 экспериментов.В 2012 году был остановлен оригинальный ускоритель CEBAF на 6 ГэВ для замены компонентов ускорителя для модернизации на 12 ГэВ. С оригинальным CEBAF было проведено 178 экспериментов.В 2012 году был остановлен оригинальный ускоритель CEBAF на 6 ГэВ для замены компонентов ускорителя для модернизации на 12 ГэВ. С оригинальным CEBAF было проведено 178 экспериментов.

В дополнение к ускорителю в лаборатории размещался и продолжает размещаться прибор для лазера на свободных электронах (ЛСЭ). Строительство FEL началось 11 июня 1996 года. Первый свет появился 17 июня 1998 года. С тех пор FEL модернизировался много раз, что значительно увеличило его мощность и возможности.

Лаборатория Джефферсона также участвовала в строительстве источника нейтронов расщепления (СНС) в Ок-Ридже. Джефферсон построил сверхпроводящий ускоритель SNS и гелиевую систему охлаждения. Компоненты ускорителя были разработаны и изготовлены в 2000–2005 гг.

Ускоритель [ править ]

Основным исследовательским комплексом лаборатории является ускоритель CEBAF, который состоит из источника поляризованных электронов и инжектора, а также пары сверхпроводящих линейных высокочастотных ускорителей длиной 7/8 миль (1400 м), соединенных друг с другом двумя дуговыми секциями, которые содержат рулевые магниты. Поскольку электронный пучок совершает до пяти последовательных орбит, его энергия увеличивается максимум до 6  ГэВ (первоначальная машина CEBAF работала сначала в 1995 году с расчетной энергией 4 ГэВ, прежде чем в 2000 году была достигнута «повышенная расчетная энергия» 6 ГэВ. ; с тех пор установка была модернизирована до энергии 12 ГэВ). Это приводит к конструкции, которая кажется похожей на гоночную трассу по сравнению с классическими кольцевыми ускорителями, которые можно найти на таких объектах, как ЦЕРН.или Фермилаб . По сути, CEBAF - это линейный ускоритель , подобный SLAC в Стэнфорде , который был свернут до одной десятой своей нормальной длины.

Конструкция CEBAF позволяет использовать непрерывный электронный пучок, а не импульсный пучок, характерный для кольцевых ускорителей. (Есть некоторая структура луча, но импульсы намного короче и ближе друг к другу.) Электронный луч направляется на три потенциальных мишени (см. Ниже). Одной из отличительных черт Jefferson Lab является непрерывный характер электронного пучка с длиной сгустка менее 1 пикосекунды . Другой пример - использование Jefferson Lab технологии сверхпроводящей радиочастоты (SRF), в которой жидкий гелий используется для охлаждения ниобия примерно до 4 К.(-452,5 ° F), устраняя электрическое сопротивление и обеспечивая наиболее эффективную передачу энергии электрону. Для этого в лаборатории Джефферсона находится самый большой в мире холодильник с жидким гелием, и это была одна из первых крупномасштабных реализаций технологии SRF. Ускоритель построен на 8 метров ниже поверхности Земли, или примерно на 25 футов, а стены туннелей ускорителя имеют толщину 2 фута.

Луч заканчивается в четырех экспериментальных залах, обозначенных как зал A, зал B , зал C и зал D. Каждый зал содержит специализированные спектрометры для регистрации продуктов столкновений электронного пучка или реальных фотонов с неподвижной мишенью. Это позволяет физикам изучать структуру атомного ядра , в частности взаимодействие кварков , составляющих протоны и нейтроны ядра.

При каждом обороте вокруг ускорителя луч проходит через каждый из двух ускорителей LINAC , но через другой набор поворотных магнитов в полукруглых дугах на концах линейных ускорителей. Электроны совершают до пяти проходов через линейные ускорители.

Когда в ядро ​​в мишени попадает электрон из луча, происходит «взаимодействие» или «событие», рассеивающее частицы в зал. В каждом зале есть массив детекторов частиц, которые отслеживают физические свойства частиц, произведенных событием. Детекторы генерируют электрические импульсы , которые преобразуются в цифровые значения с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП), преобразователей времени в цифровые (ВЦП) и счетчиков импульсов (скейлеров).

Эти цифровые данные собираются и хранятся, чтобы физик мог позже проанализировать данные и восстановить физику, которая произошла. Система электроники и компьютеров, которые выполняют эту задачу, называется системой сбора данных .

Обновление до 12 ГэВ [ править ]

По состоянию на июнь 2010 ^{[Обновить]}года началось строительство модернизации стоимостью 338 миллионов долларов для добавления конечной станции, Зал D, на противоположном конце ускорителя от трех других залов, а также для удвоения энергии пучка до 12 ГэВ. Одновременно с этим было построено дополнение к испытательной лаборатории (где производятся полости SRF, используемые в CEBAF и других ускорителях, используемых во всем мире).

По состоянию на май 2014 ^{[Обновить]}года модернизация достигла нового рекорда по энергии пучка 10,5 ГэВ, доставив пучок в Холл D. ^[4]

По состоянию на декабрь 2016 ^{[Обновить]}года ускоритель CEBAF доставлял электроны полной энергии в рамках пуско-наладочных работ для текущего проекта модернизации на 12 ГэВ. Операторы установки для непрерывного электронного пучка доставили первую партию электронов с энергией 12 ГэВ (12,065 гигаэлектронвольт) в ее новейший экспериментальный комплекс, Холл Д. ^[5]

В сентябре 2017 года было выпущено официальное уведомление от Министерства энергетики об официальном одобрении завершения проекта модернизации до 12 ГэВ и начала эксплуатации. К весне 2018 года все четыре направления исследований успешно принимали луч и проводили эксперименты. 2 мая 2018 г. состоялась торжественная церемония модернизации CEBAF на 12 ГэВ. ^[6]

По состоянию на декабрь 2018 ^{[Обновить]}года ускоритель CEBAF доставлял пучки электронов во все четыре экспериментальных зала одновременно для запуска производства с физическим качеством. ^[7]

Программа по физике [ править ]

Jefferson Lab проводит обширную программу исследований с использованием электромагнитного взаимодействия для исследования структуры нуклона (протонов и нейтронов), образования и распада легких мезонов, а также аспектов взаимодействия нуклонов в атомном ядре. Основные инструменты - это рассеяние электронов, а также создание и использование реальных фотонов высокой энергии. Кроме того, пучки электронов и фотонов могут быть сильно поляризованы, что позволяет исследовать так называемые спиновые степени свободы в исследованиях.

Четыре экспериментальных зала преследуют различные, но частично совпадающие исследовательские цели, но с уникальными инструментами для каждого.

Зал А [ править ]

Для исследования глубоконеупругого рассеяния электронов использовались согласующие спектрометры высокого разрешения (HRS). С помощью очень хорошо контролируемых поляризованных электронных пучков было изучено нарушение четности при рассеянии электронов.

Зал B [ править ]

В CLAS детектор была основой экспериментальной программы Hall В период с 1998 по 2012 гг Физических рабочих групп в областях глубоконеупругих взаимодействий, адронном спектроскопии и ядерных взаимодействий существует. См. Статью о самом спектрометре и физической программе по ссылке CLAS . Использовались поляризованные реальные фотоны и электронные пучки. Физические цели включали жидкий водород и дейтерий, а также массивные ядерные материалы.

В эпоху пучков 12 ГэВ в лаборатории Джефферсона программа Холла B была реструктурирована, чтобы включить новый детектор под названием CLAS12, а также несколько других экспериментов с использованием более специализированного оборудования.

Зал C [ править ]

Многочисленные спектрометры и специализированное оборудование использовались, например, для изучения рассеяния электронов с нарушением четности для измерения слабого заряда протона и гиперядерного образования при электромагнитном взаимодействии.

Зал D [ править ]

Этот экспериментальный зал был построен для начала реализации программы с использованием энергии пучка 12 ГэВ, которая началась в 2014 году. В этом зале находится эксперимент GlueX , который предназначен для детального картирования спектра световых неароматизированных мезонов в поисках явных глюонных возбуждений в мезонах.

Лазер на свободных электронах [ править ]

В JLab находится самый мощный в мире перестраиваемый лазер на свободных электронах с выходной мощностью более 14 киловатт .

CODA [ править ]

Поскольку в CEBAF одновременно проводятся три дополнительных эксперимента, было решено, что эти три системы сбора данных должны быть как можно более похожими, чтобы физики, переходящие от одного эксперимента к другому, могли найти знакомую среду. С этой целью была нанята группа специалистов-физиков, чтобы сформировать группу разработки сбора данных, чтобы разработать общую систему для всех трех залов. Результатом стала CODA , система онлайн-сбора данных CEBAF . ^[8]

CODA - это набор программных инструментов и рекомендуемого оборудования, которые упрощают систему сбора данных для ядерно-физических экспериментов. В экспериментах по ядерной физике и физике элементарных частиц треки частиц оцифровываются системой сбора данных, но детекторы способны генерировать большое количество возможных измерений или «каналов данных».

Обычно АЦП, ВМТ и другая цифровая электроника представляют собой большие печатные платы с разъемами на передней панели, обеспечивающими ввод и вывод цифровых сигналов, и разъемом на задней панели, который подключается к объединительной плате . Группа плат вставляется в шасси или « ящик », который обеспечивает физическую поддержку, питание и охлаждение плат и объединительной платы. Такая компоновка позволяет сжимать электронику, способную оцифровывать многие сотни каналов, в одно шасси.

В системе CODA каждое шасси содержит плату, которая является интеллектуальным контроллером для остальной части шасси. Эта плата, называемая контроллером считывания (ROC), конфигурирует каждую из плат оцифровки при первом получении данных, считывает данные с дигитайзеров и форматирует данные для последующего анализа.

См. Также [ править ]

• Эффект ЭМС

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с Национальным ускорительным комплексом Томаса Джефферсона .

• Официальный веб-сайт
• Отделение физики в лаборатории Джефферсона (включает ссылки на каждый из экспериментальных залов)
• Программа лазеров на свободных электронах
• Обновление до 12 ГэВ
• K-12 Естественное образование