SNS (нейтронный источник)

Spallation Neutron Source — самый интенсивный в мире импульсный ускорительный источник нейтронов в Ок-Риджской национальной лаборатории, США.

Spallation Neutron Source
Тип	линак/синхротрон
Назначение	источник нейтронов
Страна	США
Лаборатория	Ок-Ридж
Годы работы	с 2007
Технические параметры
Частицы	протоны
Энергия	1 ГэВ
Периметр/длина	248 м
Частота повторения	60 Гц
Число частиц в сгустке	2×1014
Прочая информация
Географические координаты	35°57′03″ с. ш. 84°18′07″ з. д.HGЯO
Сайт	neutrons.ornl.gov/sns
Медиафайлы на Викискладе

Ускорительный комплекс

Поток нейтронов возникает в результате реакции скалывания^[1][2] 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. Чтобы спасти установку от перегрева из-за большого тепловыделения, через нее с большой скоростью прогоняют ртуть. Каждую секунду через мишень проходит около трехсот килограммов металла, который затем охлаждается и возвращается в цикл. Эта же ртуть служит основным материалом мишени. Когда протон врезается в ядро ртути, оно разваливается и осколки испаряют нейтроны^[3].

Схема ускорительного комплекса SNS

Вид с высоты на площадку SNS

Ускорительный комплекс состоит из инжектора, линейного ускорителя, накопительного кольца, и мишенного узла^[4]. Пучок отрицательных ионов водорода H⁻ производится в объёмном плазменном ионном источнике, в виде цуга сгустков, которые ускоряются в линейном ускорителе RFQ до энергии 2.5 МэВ и направляются в основной сверхпроводящий линак с энергией на выходе 1 ГэВ.

Магнитные элементы кольца AR

Сборка мишенного узла

Далее пучок инжектируется в накопительное кольцо Accumulation Ring (AR), где происходит накопление интенсивного пучка протонов, благодаря перезарядной инжекции: с ионов обдираются электроны. При номинальном режиме работы с мощностью 2 МВт в пучке, в течение 1060 оборотов накапливается 2×10¹⁴ протонов в сгустке длительностью 0.7 мкс. Накопленный пучок сбрасывается на ртутную мишень для генерации нейтронов в большом экспериментальном зале. Весь комплекс работает с частотой повторения 60 Гц.

Экспериментальные станции

На комплексе работает 20 экспериментальных станций^[5] для проведения экспериментов по материаловедению, биологии, фундаментальной физике.

История

Комплекс создавался силами шести национальных лабораторий США: Ок-Ридж, Аргонн, Брукхейвен, Беркли, Лос-Аламос, Джефферсон. Разработка комплекса была одобрена конгрессом США в 1995 году^[6], сооружение ускорителей обошлось в $1.4 млрд и было завершено в 2006 году, на первых пользователей источник начал работать с 2007 года. За 2017 год более 1400 исследователей использовало установку для экспериментов.

См. также

• ESS — European Spallation Source
• CSNS — China Spallation Neutron Source
• ISIS (нейтронный источник) Великобритания

Примечания

1. Нейтронные источники  (неопр.). Дата обращения: 2 января 2020. Архивировано 17 января 2020 года.
2. Нейтронный комплекс ИЯИ РАН Архивная копия от 13 июля 2018 на Wayback Machine, С.Ф. Сидоркин, Э.А. Коптелов
3. «Мы увидели процесс, предсказанный 43 года назад»  (неопр.). Дата обращения: 13 февраля 2021. Архивировано 25 июля 2020 года.
4. An Overview of the Spallation Neutron Source Project Архивная копия от 16 июня 2019 на Wayback Machine, R.L.Kustom, Proc. LINAC'2000, p.321.
5. Spallation Neutron Source  (неопр.). Дата обращения: 2 января 2020. Архивировано 12 мая 2020 года.
6. High-Power Linac for a US Spallation-Neutron Source Архивная копия от 23 июня 2019 на Wayback Machine, T. P. Wangler et al., Proc. LINAC'96, p.749.