Hur lång tid tar det att kyla en provmiljöugn från 1000 grader C till 80 grader C? Svar:4,5 timmar. Detta slösar bort mycket värdefull neutronstråltid, så vad har SINE2020 gjort åt det?

Många neutronförsök utförs i vakuum och därför måste provmiljöutrustning vara välisolerad-detta orsakar lite problem när du vill kyla ner ditt prov igen. Fysikens lagar kommer bara i vägen! De senaste hundra graderna är särskilt svåra och långsamma. För närvarande är rutinen att fylla ugnen när den når 150 ° C med en gas, låt temperaturen svalna och jämna ut sig, och evakuera sedan denna hetare gas innan kärlet fylls på igen. Fyllningsprocessen är manuell och hela processen är tidskrävande.

Lyckligtvis, ett team på ISIS Neutron och Muon Source har arbetat med detta problem för att göra processen snabbare och mer effektiv.

Deras första steg var att fastställa den maximala temperaturen gasen kunde släppas in i ugnen utan att värma den yttre svansen. Efter en rad tester fastställdes detta vid 500 ° C. Nästa steg var att sätta upp ett flöde av kylgas istället för att använda den batchprocess som beskrivs ovan. Detta gör att gasen kan ta bort värmen när den strömmar igenom. Teamet provade flera typer av gaser:helium, argon och kväve, vid både rumstemperatur och kyls genom en kylslinga med flytande kväve, men upptäckte att den traditionella gasen som används, helium, var bäst (detta återvinns efter kylningsprocessen så att det inte slösar bort helium).

Därefter undersökte de den bästa flödeshastigheten att använda, dvs. den hastighet som skulle ge den snabbaste kylningen. För snabbt och det kommer inte att sprida värmen särskilt bra medan det är för långsamt och det tar mer tid. Den bästa flödeshastigheten befanns vara 2 liter per minut. Lyckligtvis, tester på elementets och skärmens livslängd under en 12 -månadersperiod visade att de inte påverkades negativt av den snabba kylningen.

Under det första året av SINE2020 uppnåddes en kyltid på endast 45 minuter. Detta är 6 gånger snabbare än den befintliga processen. Detta system har monterats på alla ugnar på ISIS i manuell form i två år och under en 12 månaders period har sparat 39 dagars stråltid, motsvarande upp till 13 extra neutronförsök!

Självklart, utvecklingen stannade inte där. Varför inte automatisera det? Och, ännu bättre, göra det fjärrkontrollerat? Den elektroniska installationen innehåller en användarvänlig pekskärm för användning och använder högkvalitativa solenoid- och massflödesreglerventiler. Dessa kan förlänga utrustningens anpassningsförmåga för framtida möjligheter, t.ex. en användare som vill kyla sitt prov till en inställd temperatur eller med en inställd kylhastighet under ett experiment. Den fjärrstyrda funktionen hos denna utrustning kommer också att gynna användarna. Från bekvämligheten av sitt hem eller hotell kan de starta kylprocessen på distans så att deras prov redan har den önskade temperaturen när de anländer. Detta kommer att ge dem lyxen av ytterligare 45 minuter i sängen, eller kanske några fler stycken i deras senaste tidning.

SECoP -protokollstandarden, även definierad inom SINE2020, har använts för denna utrustning. Detta kommer att underlätta utbytbarhet för alla provmiljöer så att de kan användas överallt. Detta är mycket viktigt för företag som skulle överväga att tillverka denna snabbkylande ugn.

SINE2020 har möjliggjort utvecklingen av denna senaste provmiljöförbättring genom sin finansiering. Nu kan många fler ugnar tillverkas för instrument vid ISIS och andra neutronkällor runt om i världen.

Faktiskt, genom samarbetet SINE2020, ILL producerar dem redan för alla sina resistiva ugnar för sina instrument och har uppnått 4 gånger snabbare nedkylningstider. ESS kan också se till att dessa läggs till i deras kapacitet så att de kan samla in sina data snabbt och effektivt från de första neutronerna och framåt.