SNS-CNMS-partnerskab kan give mere avancerede diamantstripperfolier for forbedret neutronstråleydelse

Det kan være svært at tro, at skrøbelig, ultratynde stykker materiale så let som en fjer og på størrelse med en tyggegummi kan have en enorm indvirkning på tusinder af neutronforsøg hvert år. Men disse specialiserede film, kendt som diamantstripperfolier, spille en imponerende rolle på Oak Ridge National Laboratory's Spallation Neutron Source.

SNS, en Department of Energy Office of Science brugerfacilitet, kunne ikke fungere uden folierne, som fjerner elektroner i en proces, der resulterer i oprettelsen af ​​en kraftig protonpuls, der bruges til at producere neutroner til materialevidenskabelig forskning.

Mike Plum, accelerator fysik teamleder og ringområde manager, forklarede foliens rolle. Negativt ladede hydrogenioner, hver indeholder en proton og to elektroner, rejse gennem den lineære accelerator. Folien fjerner elektroner væk fra protonen, deponere dem i en elektronsamler. Den resterende protonstråle bevæger sig ind i akkumulatorringen og cirkulerer 1, 000 gange, mens nye protoner slutter sig til klyngen.

"Forestil dig, at du har et tog, der er 1, 000 kassevogne lange, "Blomme sagde." Hvis du tager den første kassevogn og injicerer den i ringen, når det kommer tilbage til udgangspunktet kommer den anden kassevogn ind og går oven på den, og så kommer den tredje ind. Så, du har taget et tog, der er 1, 000 kassevogne lange og forvandlede den til et tog, der er en kassevogn lang, men 1, 000 kassevogne høje. "

Når de roterende protoner genererer nok strøm til optimal neutronspredning, lagringsringen frigiver en intens protonpuls for at ramme SNS's kviksølvmål, får neutroner til at "spalle" af eller hoppe i alle retninger. Den resulterende spallation kan udnyttes ved at føre neutronerne ind i strålestyr, der fører til specialiserede instrumenter, hvor forskere udfører eksperimenter for at studere materialer.

Stripper folier tillader SNS personale at manipulere strålen for at minimere stråletab, der spilder værdifulde partikler og hindrer den samlede proces.

"I stedet for at strålen er lang og tynd, vil vi gøre den kort og tæt, "Blomme sagde." Den eneste praktiske måde at gøre det på er at bruge strippefolie. "

Fordi folierne spiller en væsentlig rolle i den daglige drift, et overlegent produktdesign og en strømlinet produktionsproces er grundlæggende vigtige. Begge faktorer kræver opmærksomhed på detaljer og en løbende opdateret tilgang, gør produktion til en konstant læringsoplevelse.

Fremstilling finder sted på Nanofabrication Research Laboratory, eller NRL, en renrumsfacilitet på ORNL's Center for Nanophase Materials Sciences. Fordelene ved denne placering omfatter tæt på SNS og mere avanceret udstyr, hvilket fører til øget folieproduktion.

"Disse folier har unikke filmegenskaber, der giver dem usædvanligt lange levetider i forholdsvis store fjernlysstrømme, to parametre afgørende for en vellykket drift af SNS, "sagde Dayrl Briggs, NRL teknisk drift leder hos CNMS.

På trods af foliers skrøbelighed, de er i stand til at modstå intense ionstråleforhold. Hver enkelt folie er meget tynd, måler cirka 1 mikrometer tyk. Hvis de var tykkere, protonstrålen ville blive betydeligt svækket, mens den passerede gennem folien, hvilket ville komplicere processen.

"Stripperfolier er lige på kanten af ​​det, der er teknologisk muligt, "Blomme sagde." De bliver så varme og så slået af stråleforholdene, at det er en reel udfordring at få vores strippefolie til at holde. "

Imidlertid, den konstante spærring af ionpulser er ikke den eneste trussel mod folie -anvendelighed.

"Disse folier er meget følsomme over for enhver form for luftbevægelse eller mekanisk stød, "sagde Chris Luck, hvem forsker, satser, og anbefaler folier til brug på SNS. "Hver folie er unik, så jeg studerer hver enkelt for at sikre, at der ikke er tårer eller andre ufuldkommenheder. "

Folieteamet blev for nylig hædret med en UT-Battelle-pris for bestræbelsens samlede succes og for sit engagement i at forbedre folieproduktion og ydeevne. Deres folieudviklingsmoderniseringsprojekt involverede logistiske ændringer såsom at skaffe et mikrobølgeovn kemisk dampaflejringsværktøj, der blev specificeret, bygget, testet og installeret på NRL.

Teammedlemmer inkluderer Michael Baumgartner, Michael Plum, Chris Luck, og Jeremy Price fra SNS og Dayrl Briggs, Dale Hensley, Kevin Lester, Scott Retterer, Bernadeta R. Srijanto, og Leslie Wilson fra CNMS. Plum citerede også de afgørende bidrag fra Robert Shaw fra laboratoriets afdeling for kemiske videnskaber, der ledede det originale folieproduktionsteam.

Briggs ønsker, at folier skal have længere levetid og bedre pålidelighed i fremtiden. For at nå disse mål, holdet bliver nødt til bedre at forstå diamantfoliestrukturen og ydeevnen. Desuden, forklarede han, holdet har kørt tests for at sikre, at nye folier bliver ensartede, ved at bruge eksisterende film som en baseline for at øge effektiviteten.

"Evnen til at behandle to prøver ad gangen, udover at fordoble vores gennemstrømning, giver os mulighed for at installere den ene prøve i SNS -neutronstrålen og studere den anden som et vidneeksempel, "Sagde Briggs." Vi kan derefter korrelere ydeevnen i strålen med filmkarakteristika. "

Mens teamet fortsat finpudser foliefremstillingsprocessen på NRL, Plum forventer yderligere forbedringer i folierne på grund af anlæggets store teknologiske kapacitet.

"De har nogle temmelig avancerede værktøjer på CNMS, "Sagde Plum." Vi vil bruge disse værktøjer til at finde ud af, hvordan vi kan gøre vores strippefolie endnu bedre. "