Hoe lang duurt het om ovens in een monsteromgeving af te koelen van 1000 graden C tot 80 graden C? Antwoord:4,5 uur. Dit verspilt veel kostbare neutronenbundeltijd, dus wat heeft SINE2020 eraan gedaan?

Veel neutronenexperimenten worden uitgevoerd in een vacuüm en daarom moet de apparatuur voor de monsteromgeving goed worden geïsoleerd - dit veroorzaakt een beetje een probleem wanneer u uw monster weer wilt afkoelen. De wetten van de fysica staan ​​je gewoon in de weg! Vooral de laatste paar honderd graden zijn moeilijk en traag. Momenteel is de routine om de oven te vullen zodra deze tot 150°C is gekomen met een gas, laat de temperatuur afkoelen en nivelleren, en verwijder vervolgens dit hetere gas voordat u het vat opnieuw vult. Het vulproces is handmatig en het hele proces is tijdrovend.

Gelukkig, een team van ISIS Neutron en Muon Source hebben aan dit probleem gewerkt om het proces sneller en efficiënter te maken.

Hun eerste stap was om de maximale temperatuur vast te stellen waarmee het gas in de oven kon worden gelaten zonder de buitenste staart te oververhitten. Na een reeks testen werd dit vastgesteld bij 500°C. De volgende stap was het opzetten van een stroom koelgas in plaats van het hierboven beschreven batchproces te gebruiken. Hierdoor kan het gas de warmte afvoeren terwijl het er doorheen stroomt. Het team probeerde verschillende soorten gassen:helium, argon en stikstof, zowel bij kamertemperatuur als gekoeld door een koelcircuit met vloeibare stikstof, maar ontdekte dat het traditionele gas dat werd gebruikt, helium, was de beste (dit wordt teruggewonnen na het koelproces, zodat er geen helium wordt verspild).

Vervolgens onderzochten ze de beste stroomsnelheid om te gebruiken, d.w.z. de snelheid die de snelste koeling zou bieden. Te snel en het zal de warmte niet goed afvoeren, terwijl het te langzaam is en het meer tijd kost. Het beste debiet bleek 2 liter per minuut te zijn. Gelukkig, tests op de levensduur van het element en de schilden van de apparatuur gedurende een periode van 12 maanden toonden aan dat ze niet negatief werden beïnvloed door de snelle afkoeling.

Binnen het eerste jaar van SINE2020 werd een afkoeltijd van slechts 45 minuten behaald. Dit is 6x sneller dan het bestaande proces. Dit systeem is gedurende twee jaar handmatig op alle ovens van ISIS gemonteerd en heeft in een periode van 12 maanden 39 dagen straaltijd bespaard, equivalent van maximaal 13 extra neutronenexperimenten!

Natuurlijk, daar stopte de ontwikkeling niet. Waarom automatiseer je het niet? En, nog beter, op afstand bedienbaar maken? De elektronische opstelling omvat een gebruiksvriendelijk touchscreen voor bediening en maakt gebruik van hoogwaardige magneet- en massastroomregelkleppen. Deze zouden het aanpassingsvermogen van de apparatuur voor toekomstige mogelijkheden kunnen vergroten, bijv. een gebruiker die zijn monster tijdens een experiment wil afkoelen tot een ingestelde temperatuur of een ingestelde afkoelsnelheid. De op afstand bedienbare mogelijkheden van deze apparatuur zullen ook de gebruikers ten goede komen. Vanuit het comfort van hun huis of hotel kunnen ze het koelproces op afstand starten, zodat hun monster bij aankomst al op de gewenste temperatuur is. Hierdoor krijgen ze de luxe van 45 minuten extra in bed, of misschien nog een paar alinea's van hun laatste paper.

De SECoP-protocolstandaard, ook gedefinieerd binnen SINE2020, voor deze apparatuur is gebruikt. Dit vergemakkelijkt de uitwisselbaarheid voor alle voorbeeldomgevingen, zodat ze overal kunnen worden gebruikt. Dit is erg belangrijk voor bedrijven die zouden overwegen om deze snelkoelende oven te verkopen.

SINE2020 heeft de ontwikkeling van deze nieuwste voorbeeldomgevingsverbetering mogelijk gemaakt door middel van zijn financiering. Nu kunnen veel meer ovens worden geproduceerd voor instrumenten bij ISIS en andere neutronenbronnen over de hele wereld.

In feite, door de SINE2020-samenwerking, ILL produceert ze al voor al hun resistieve ovens voor hun instrumenten en heeft 4x snellere afkoeltijden bereikt. ESS kan er ook voor zorgen dat deze worden toegevoegd aan hun capaciteiten, zodat ze hun gegevens snel en efficiënt kunnen verzamelen vanaf de eerste neutronen.