Weltweit stärkste Neutronenquelle verdoppelt Leistung durch 2,8-MW-Boost

Der lineare Beschleuniger (Linac) der SNS, der leistungsfähigste gepulste Protonenbeschleuniger der Welt, läuft bereits auf dem Weg zu einer Leistung von 2,8 Megawatt (MW), also dem doppelten ursprünglichen Protonenleistungspegel.

Diese Leistungssteigerung wird durch das Proton Power Upgrade-Projekt ermöglicht, das zudem mit der Entwicklung der Second Target Station (STS) verknüpft ist. Die Modernisierung beschleunigt bereits jetzt die Forschung an der First Target Station (FTS).

Das Team, dass die verstärkten Neutronenstrahlen es ermöglichen, Neutronenstreuexperimente schneller und mit deutlich höherer Präzision abzuschließen. Sie verbessern zudem die Datenerhebung aus kleineren Stichproben.

Was die Studie zeigt

Neue wissenschaftliche ErkenntnisseDie Neutronenstreuung ist eine leistungsstarke Methode zur Untersuchung der Struktur und des Verhaltens nanoskopischer Ebene mittels Neutronenstrahlen. Sie ist für fortschrittliche Batterien, Quantenmaterialien, Supraleiter und Pharmazeutika.

Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen eignen sich Neutronen besonders gut zur Detektion äzisen Quantifizierung ihrer Mengen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung komplexer Materialien und chemischer Prozesse.

Jon Taylor, stellvertretender Laborleiter der Neutronenwissenschaftlichen Direktion am ORNL, betonte die Bedeutung des SNS: „Die abgeschlossene Leistungssteigerung des Protonenbeschleunigers stellt sicher, dass der SNS weiterhin der leistungsstärkste Protonenbeschleuniger der Welt bleibt, um zukünftige Entdeckungen in den Materialwissenschaften und den Lebenswissenschaften zu unterstützen", fügte Taylor hinzu.

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Der Linearbeschleuniger am Spallation Neutron Source der DOE befindet sich auf dem Weg zu 2,8 Megawatt (MW), dem doppelten ursprünglichen Protonenleistungslevel.

Bildnachweis: Duncan Harryman, ORNL, US Department of EnergyNach dem Upgrade können bestimmte Experimente, die früher Tage oder sogar Wochen Strahlzeit benötigten, nun innerhalb abgeschlossen werden. Dies wird dem ORNL-Team ermöglichen, experimentelle Ergebnisse besser zu verarbeiten und zu analysieren.

Darüber hinaus wird der stärkere Neutronenstrahl die Datenqualität verbessern, da das Team während der Experimente Proben rotieren kann, anstatt sich auf statische Schnappschüsse entstehen detaillierte Langzeit-"Filme", die atomare und molekulare Veränderungen in Echtzeit erfassen.

Nach Angaben des Teams umfasst dies

Nach Angaben des Teams umfasst dies auch Phasenübergänge zwischen verschiedenen Aggregatzuständen.

Schnellere NeutronenforschungGleichzeitig können die Forscher nun Experimente unter extremeren Bedingungen durchführen, beispielsweise in magnetischen Feldern, bei extremen Temperaturen und in Umgebungen mit intensivem Druck. „Wir können nun Proben neuer und spannender Materialien untersuchen, die zuvor zu klein für unsere Experimente waren", sagte Christina Hoffmann, PhD, Instrumentenwissenschaftlerin am ORNL.

Hoffmann wies darauf hin, dass frühere Neutronenexperimente auf großen Kristallen beruhten, deren Wachstum Wochen oder Monate in Anspruch nehmen konnte. Das aufgerüstete SNS kann Proben untersuchen, die so klein sind wie solche, die in Röntgenbeugungsexperimenten verwendet werden, mit einer Größe 100 mal 200 Mikrometern.

Dies entspricht nahezu dem, was das

Dies entspricht nahezu dem, was das menschliche Auge erkennen kann.

Zudem erweitert die Aufrüstung das „Mail-in"-Experimentprogramm der Anlage. „Wir konnten unsere Mail-in-Fähigkeiten bereits auf neun Instrumente hier am SNS ausdehnen", sagte Matthew Stone, PhD, Wissenschaftler, der das SEQUOIA-Instrument leitet, in einer Pressemitteilung. „Die erhöhte Protonenleistung hat einen erheblichen Unterschied für unsere Fähigkeit gemacht, auf wissenschaftliche Vorschläge allgemein zu reagieren", schloss Stone.

Der Linearbeschleuniger wird die zweite Zielstation versorgen, die entwickelt wurde, um die weltweit hellsten kalten Neutronen für die Untersuchung zunehmend komplexer Materialien bereitzustellen.