Quanto tempo ci vuole per raffreddare un forno ambiente campione da 1000 gradi C a 80 gradi C? Risposta:4,5 ore. Questo spreca molto tempo prezioso del raggio di neutroni, quindi cosa ha fatto SINE2020 al riguardo?

Molti esperimenti sui neutroni vengono eseguiti nel vuoto e quindi l'attrezzatura per l'ambiente del campione deve essere ben isolata:questo causa un po' di problemi quando si desidera raffreddare nuovamente il campione. Le leggi della fisica si mettono in mezzo! Le ultime centinaia di gradi sono particolarmente difficili e lente. Attualmente la routine è di riempire il forno una volta arrivato a 150°C con un gas, lasciare raffreddare e livellare la temperatura, e quindi evacuare questo gas più caldo prima di riempire nuovamente la nave. Il processo di riempimento è manuale e l'intero processo richiede molto tempo.

Fortunatamente, un team di ISIS Neutron e Muon Source ha lavorato su questo problema per rendere il processo più rapido ed efficiente.

Il loro primo passo è stato quello di stabilire la temperatura massima in cui il gas poteva essere immesso nel forno senza surriscaldare la coda esterna. Dopo una serie di prove questo è stato stabilito a 500°C. La fase successiva è stata quella di impostare un flusso di gas di raffreddamento invece di utilizzare il processo batch descritto sopra. Ciò consente al gas di rimuovere il calore mentre scorre. Il team ha provato diversi tipi di gas:elio, argon e azoto, sia a temperatura ambiente che raffreddati attraverso un circuito di raffreddamento ad azoto liquido, ma scoprì che il gas tradizionale utilizzato, elio, era il migliore (questo viene recuperato dopo il processo di raffreddamento in modo da non sprecare elio).

Successivamente hanno studiato la migliore portata da utilizzare, ovvero la velocità che avrebbe fornito il raffreddamento più rapido. Troppo veloce e non dissiperà molto bene il calore mentre troppo lento e ci vorrà più tempo. La migliore portata è risultata essere di 2 litri al minuto. Per fortuna, i test sulla durata dell'elemento e dello schermo dell'apparecchiatura per un periodo di 12 mesi hanno mostrato che non sono stati influenzati negativamente dal rapido raffreddamento.

Entro il primo anno di SINE2020 è stato raggiunto un tempo di raffreddamento di soli 45 minuti. Questo è 6 volte più veloce del processo esistente. Questo sistema è stato installato manualmente su tutti i forni dell'ISIS per due anni e in un periodo di 12 mesi ha consentito di risparmiare 39 giorni di tempo del fascio, l'equivalente di un massimo di 13 esperimenti di neutroni extra!

Certo, lo sviluppo non si è fermato qui. Perché non automatizzarlo? E, anche meglio, renderlo controllabile da remoto? La configurazione elettronica include un touch screen intuitivo per il funzionamento e utilizza solenoidi di alta qualità e valvole di controllo del flusso di massa. Questi potrebbero estendere l'adattabilità dell'attrezzatura per possibilità future, per esempio. un utente che desidera raffreddare il proprio campione a una temperatura impostata o con una velocità di raffreddamento impostata durante un esperimento. Anche la capacità di controllo remoto di questa apparecchiatura andrà a vantaggio degli utenti. Dal comfort della loro casa o hotel possono avviare il processo di raffreddamento in remoto in modo che il loro campione sia già alla temperatura richiesta quando arrivano. Questo farà guadagnare loro il lusso di 45 minuti in più a letto, o forse qualche altro paragrafo del loro ultimo articolo.

Lo standard del protocollo SECoP, definito anche all'interno di SINE2020, è stato utilizzato per questa apparecchiatura. Ciò faciliterà l'intercambiabilità per tutti gli ambienti campione in modo che possano essere utilizzati ovunque. Questo è molto importante per le aziende che prenderebbero in considerazione la vendita di questo forno a raffreddamento rapido.

SINE2020 ha consentito lo sviluppo di questo ultimo miglioramento dell'ambiente di esempio attraverso il suo finanziamento. Ora è possibile produrre molti più forni per gli strumenti dell'ISIS e di altre sorgenti di neutroni in tutto il mondo.

Infatti, attraverso la collaborazione SINE2020, ILL li sta già producendo per tutti i suoi forni resistivi per i suoi strumenti e ha raggiunto tempi di raffreddamento 4 volte più rapidi. ESS può anche garantire che questi vengano aggiunti alle loro capacità per consentire loro di raccogliere i propri dati in modo rapido ed efficiente dai primi neutroni in poi.