ISIS (źródło neutronów)

Hala eksperymentów ISIS (ang. Target Station 1)

ISIS – brytyjskie źródło neutronów i mionów znajdujące się w Rutherford Appleton Laboratory w Oxfordshire, wykorzystywane w eksperymentach dotyczących rozpraszania neutronów oraz mionów w badanych próbkach ciał stałych, pozwalające na obrazowanie zjawisk od skali subatomowej do makrocząsteczkowej. Wokół ISIS znajduje się szereg stanowisk badawczych, gdzie naukowcy z całego świata mogą przeprowadzać eksperymenty badawcze dotyczące fizyki, chemii, inżynierii materiałowej, geologii, biologii oraz archeologii.

Mikroskopia neutronowa

Neutrony są pozbawionymi ładunku elektrycznego cząsteczkami o masie zbliżonej do jądra wodoru. Są one 1800 razy cięższe od elektronów, z którymi prawie nie oddziałują. Strumień neutronów ulega rozproszeniu na jądrach atomowych, czyli niewielka ilość neutronów trafia bezpośrednio w ciężki środek atomu przez co zmienia znacznie kierunek i prędkość swojego ruchu. Za badaną próbką umieszczane są detektory, które mierzą natężenie oraz energię strumienia neutronów odbitych pod różnymi kątami. Dzięki analizie statystycznej takich pomiarów naukowcy są w stanie obliczyć, co dzieje się np. podczas dyfuzji w ciałach stałych.

Fabryka neutronów

Schemat ISIS: 1 – synchrotron, 2 – protony, 3 – tarcza z wolframu, 4 – neutrony, 5 – próbka, 6 – neutrony rozproszone, 7 – detektory

Wolne neutrony nie występują w naturze na powierzchni ziemi, ponieważ siły jądrowe wiążą je bardzo mocno wewnątrz jąder atomowych. Aby uwolnić neutrony, konieczna jest wiązka wysokoenergetycznych cząstek. ISIS składa się z synchrotronu (1) rozpędzającego protony (2) tworzące wiązkę o mocy 160 kW, które zderzają się z chłodzoną tarczą (ang.target) wykonaną z wolframu (3). Jądra wolframu pod wpływem zderzeń wytarzają strumień neutronów (spalacja), które przez szereg kanałów trafiają do 20 instrumentów badawczych dostosowanych do przeprowadzania eksperymentów z różnymi rodzajami materiałów. Neutrony penetrują próbki (5) i ulegają rozproszeniu (6), a następne trafiają do detektorów (7). Aparatura otaczająca tarczę znajduje się w największej hali ISIS i otoczona jest osłonami z betonu, które chronią ludzi przed szkodliwym działaniem neutronów.

ISIS wytwarza również miony. Część wiązki protonów kierowana jest na tarczę z grafitu produkującą piony, które rozpadają się tworząc miony dostarczane w postaci spinowo spolaryzowanej wiązki do stanowisk z badanymi próbkami materiałów.

Prace badawcze w ISIS

ISIS jest zarządzane przez Radę do spraw instalacji naukowych i technologicznych (ang. Science and Technology Facilities Council), czyli działającą przy rządzie brytyjskim radę nadzorującą cywilne instalacje naukowe. Czas pracy ISIS jest dzielony pomiędzy naukowców pochodzących z krajów finansujących ISIS. Dwa razy w roku badacze mogą składać wnioski, które są opiniowane przez szereg specjalistów z różnych dziedzin. Użytkownicy oraz instytucje naukowe, z których pochodzą nie płacą za dostęp do wiązek neutronów. Koszty transportu oraz utrzymania badaczy pokrywane są przez ISIS.

W ISIS prowadzono badania dotyczące struktury nadprzewodników wysokotemperaturowych oraz fulerenów. W roku 2003 rozpoczęto budowę nowego budynku mieszczącego kolejne stanowiska badawcze. Pierwszy raz wiązka neutronów została dostarczona 14 grudnia 2007 roku. Planowane jest wykorzystanie niskoenergetycznych neutronów do badań dotyczących , systemów biologicznych, kompozytów oraz nanotechnologii. Aby dostarczyć więcej neutronów dokonano kilku ulepszeń akceleratora.

Historia ISIS

Budowa nowego źródła neutronów została zatwierdzona w roku 1977. Zaplanowano wykorzystanie budynków Harwell Laboratory oraz ponowne użycie hali poprzednio mieszczącej akcelerator Nimrod. Pierwszą wiązkę wytworzono w roku 1984. Oficjalne otwarcie ISIS odbyło się w październiku 1985 roku z udziałem Margaret Thatcher.

Nazwa ISIS nie jest skrótem i odnosi się do egipskiej bogini Izydy (ang. Isis). Nazwę wybrano na oficjalne otwarcie w roku 1985, wcześniej źródło określano skrótem SNS (ang. Spallation Neutron Source – spalacyjne źródło neutronów). Nazwę ISIS uznano za lepszą ponieważ zgodnie z egipską mitologią bogini Izyda potrafiła przywrócić życie Ozyrysowi, poprzez złożenie części jego ciała w jedną całość. ISIS zbudowano z aparatury pochodzącej z akceleratorów Nimrod oraz Nina.

Linki zewnętrzne

• ISIS facility. isis.rl.ac.uk. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-04-06)]. (ang.)
• ISIS Second Target Station. ts-2.isis.rl.ac.uk. [zarchiwizowane z tego adresu (2005-09-21)]. (ang.)
• The Science and Technology Facilities Council (ang.)