Una nueva técnica conocida como procesamiento de plasma in situ está ayudando a los científicos a obtener más neutrones y mejores datos para sus experimentos en la fuente de neutrones de espalación en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.
"La limpieza con plasma es una técnica bien conocida en electrostática", dijo Kevin Jones, Director de la División de Aceleración de Investigación de ORNL, "pero no se ha aplicado antes a las cavidades superconductoras, y hay algunos trucos interesantes que debes desarrollar y aplicar enpara que todo funcione "
El acelerador lineal de SNS, o linac, presenta un conjunto de más de 20 criomódulos: cápsulas grandes en forma de barril, necesarias para enfocar y acelerar el haz de protones. Dentro de cada criomódulo hay 3-4 cuerdas de cavidad de niobio, componentes en forma de acordeónbañado en helio líquido que mantiene las cavidades frías para ayudar a generar campos eléctricos muy fuertes que impulsan la aceleración del haz.
Jones explicó que a lo largo de los años se acumulan trazas de contaminación de hidrocarburos dentro de las cavidades de niobio, lo que disminuye su capacidad para sostener campos eléctricos elevados y, por lo tanto, disminuye la energía potencial del haz. La respuesta convencional al problema sería tomar físicamente los criomódulosfuera de línea, desmóntelos, elimine la contaminación con agua ultra pura o un enjuague químico, y finalmente vuelva a armar todo, un proceso costoso y laborioso.
El científico del personal de ORNL Marc Doleans y el investigador postdoctoral Puneet Tyagi encontraron una mejor solución. Juntos lideraron un equipo de técnicos del Grupo de Sistemas Superconductores de Linac de SNS que llevó a cabo un programa riguroso de ciencia de superficie y experimentos de mesa con cavidades a temperatura ambiente que culminaronen una serie de procedimientos de prueba utilizando un cromódulo de repuesto sin conexión.
"Esencialmente, lo que están haciendo es usar plasma caliente para quemar los hidrocarburos en y justo debajo de las superficies [dentro de las cavidades de niobio]. Están usando un gas inerte con un pequeño porcentaje de oxígeno. Básicamente, el oxígeno engulle"Todos los átomos malos de la superficie del niobio, y luego todo se bombea como un gas", dijo Jones. "Es simplemente limpiar la basura en la superficie, algo así como pulir su automóvil".
Después de que se completaron los procedimientos de prueba, el equipo probó el rendimiento del criomódulo y vio una mejora significativa. Eso dio el visto bueno para que el equipo llevara a cabo el procedimiento in situ en el túnel del acelerador durante la interrupción programada de mantenimiento invernal de la instalación.
Como era de esperar, el procedimiento fue un éxito. El equipo no solo hizo en 3 semanas lo que habría llevado entre 6 y 8 meses utilizando métodos convencionales, sino que además, las pruebas posteriores registraron una ganancia de energía de 11 millones de voltios de electrones MeV.El aumento de 938 a 949 MeV es un gran paso adelante, según Jones.
Además de algunas otras actualizaciones, dijo: "Hoy estamos ejecutando el acelerador con la energía de haz más alta en la producción de neutrones a 957 MeV. Si usamos este procedimiento en, digamos, 5 criomódulos más, y obtenemosganancias equivalentes, podemos ponernos en funcionamiento fácilmente con nuestra energía de diseño de 1,000 MeV ".
Incrementar la potencia del haz de protones del SNS permite la producción de más neutrones para los miles de científicos que visitan la Instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE para realizar investigaciones.
El trabajo ya está generando mucha expectación, y se está viendo muy positivamente, dice Jones. Además de su publicación reciente en las revistas científicas NIM A y Ciencia de superficie aplicada se le ha pedido al equipo que colabore con otros laboratorios nacionales que realizan investigaciones sobre aceleradores superconductores.
"Esto es algo de alto perfil", dijo Jones. "Nos ahorra una enorme cantidad de dinero, esfuerzo y tiempo para mejorar el rendimiento de esas cavidades, y nuestra inversión ha valido la pena cada centavo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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