Zurab Shermadini, Rustem Khasanov, Matthias Elender och Alex Amato på PSI har tittat på utformningen av en dubbelväggig kolvcylindertryckscell speciellt utformad för muon-spin rotation (μSR) experiment.

Det första steget var att göra både de inre och yttre cylindrarna i en dubbelväggig tryckcellsdesign av Copper Beryllium (CuBe), en vanlig legering som används för μSR -tryckceller. Detta material har väldefinierade lågbakgrundsbidrag till μSR-signalen som är nästan temperaturoberoende och därför gynnsamma för användning i lågtemperatur-μSR-studier. De mekaniska egenskaperna analyserades sedan med hjälp av finska-elementanalys (FEA) mjukvara ANSYS som möjliggjorde optimering av celldimensionerna för att försöka nå högsta möjliga tryck samtidigt som experimenten hölls säkra.

En prototyp byggdes som tillät ett tryck på cirka 18 kbar, i överensstämmelse med ANSYS -simuleringarna, men efter en tredje på varandra följande tryckapplikation, den yttre cylindern gick sönder när spänningarna ackumulerades i den.

För att förbättra designen, en andra prototyp konstruerades med användning av en annan icke -magnetisk legering som vanligen används för μSR -tryckceller:MP35N. Detta material användes för den yttre cylindern istället för CuBe. Tester visade att tryck på ~ 2,6 GPa kunde uppnås utan irreversibel skada på cellen. Lyckligtvis, eftersom muonerna huvudsakligen stannar i CuBe-inre cylindern under experiment fanns det fortfarande en SR-signal med låg bakgrund trots förändringen av materialet i den yttre cylindern.

Arbetet har nu publicerats i Journal of High Pressure Research och μSR -användare har nu tillgång till en kolvcell för μSR -tekniker som når tryck 1,5 gånger högre än tidigare möjligt.