Hurtigkølende prøvemiljøovne

Hvor lang tid tager det at køle et prøvemiljøovne fra 1000 grader C til 80 grader C? Svar:4,5 timer. Dette spilder en masse dyrebar neutronstråletid, så hvad har SINE2020 gjort ved det?

Mange neutroneksperimenter udføres i et vakuum, og derfor skal prøvemiljøudstyr være godt isoleret - dette forårsager lidt af et problem, når du vil køle din prøve ned igen. Fysikkens love er bare i vejen! De sidste par hundrede grader er særligt svære og langsomme. I øjeblikket er rutinen at fylde ovnen, når den når 150°C med en gas, lad temperaturen køle af og niveau, og evakuer derefter denne varmere gas, før beholderen fyldes igen. Fyldningsprocessen er manuel, og hele processen er tidskrævende.

Heldigvis, et team hos ISIS Neutron og Muon Source har arbejdet på dette problem for at gøre processen hurtigere og mere effektiv.

Deres første skridt var at etablere den maksimale temperatur, gassen kunne lukkes ind i ovnen uden at overopvarme den ydre hale. Efter en række tests blev dette fastslået ved 500°C. Næste trin var at etablere en strøm af kølegas i stedet for at bruge batchprocessen beskrevet ovenfor. Dette gør det muligt for gassen at fjerne varmen, når den strømmer igennem. Holdet prøvede flere typer gasser:helium, argon og nitrogen, ved både stuetemperatur og afkølet gennem en kølekreds med flydende nitrogen, men opdagede, at den traditionelle gas, der blev brugt, helium, var den bedste (dette genvindes efter afkølingsprocessen, så det ikke spilder helium).

Dernæst undersøgte de den bedste strømningshastighed at bruge, dvs. den hastighed, der ville give den hurtigste afkøling. For hurtigt, og det vil ikke sprede varmen særlig godt, mens det er for langsomt, og det tager længere tid. Den bedste strømningshastighed viste sig at være 2 liter pr. minut. Heldigvis test af udstyrets element og skjoldlevetid over en 12 måneders periode viste, at de ikke var negativt påvirket af den hurtige afkøling.

Inden for det første år af SINE2020 blev der opnået en afkølingstid på kun 45 minutter. Dette er 6 gange hurtigere end den eksisterende proces. Dette system er blevet monteret på alle ovne hos ISIS i en manuel form i to år og har over en 12 måneders periode sparet 39 dages stråletid, svarende til op til 13 ekstra neutroneksperimenter!

Selvfølgelig, udviklingen stoppede ikke der. Hvorfor ikke automatisere det? Og, endnu bedre, gøre det fjernstyreligt? Den elektroniske opsætning inkluderer en brugervenlig berøringsskærm til betjening og bruger højkvalitets magnet- og massestrømsreguleringsventiler. Disse kunne udvide udstyrets tilpasningsevne til fremtidige muligheder, f.eks. en bruger, der ønsker at afkøle deres prøve til en indstillet temperatur eller ved en indstillet afkølingshastighed under et eksperiment. Den fjernstyrede kapacitet af dette udstyr vil også gavne brugerne. Fra komforten af ​​deres hjem eller hotel kan de starte køleprocessen eksternt, så deres prøve allerede har den nødvendige temperatur, når de ankommer. Dette vil give dem luksusen af ​​yderligere 45 minutter i sengen, eller måske et par afsnit mere af deres seneste papir.

SECoP-protokolstandarden, også defineret i SINE2020, har været brugt til dette udstyr. Dette vil lette udskifteligheden for alle prøvemiljøer, så de kan bruges overalt. Dette er meget vigtigt for virksomheder, der ville overveje at producere denne hurtigkølende ovn til salg.

SINE2020 har muliggjort udviklingen af ​​denne seneste prøvemiljøforbedring gennem sin finansiering. Nu kan der produceres mange flere ovne til instrumenter ved ISIS og andre neutronkilder rundt om i verden.

Faktisk, gennem SINE2020-samarbejdet, ILL producerer allerede dem til alle deres resistive ovne til deres instrumenter og har opnået 4 gange hurtigere nedkølingstider. ESS kan også sikre, at disse føjes til deres muligheder for at sætte dem i stand til at indsamle deres data hurtigt og effektivt fra de første neutroner og fremefter.