將樣品環(huán)境爐從1000攝氏度冷卻到80攝氏度需要多長時間？答案：4.5小時。這浪費了很多寶貴的中子束時間，那么SINE2020對此做了些什么呢？許多中子實驗都是在真空中進(jìn)行的，因此樣品環(huán)境設(shè)備需要很好的絕緣，當(dāng)想要冷卻樣品時，這會導(dǎo)致一些問題。

物理定律就是擋道了！最后幾百攝氏度是特別困難和緩慢的。目前的常規(guī)做法是，一旦爐子溫度達(dá)到150°C，就將其裝滿，讓溫度冷卻并保持水平，然后在再次填充容器之前將較熱的氣體排空。填充過程是手動的，整個過程很耗時。

幸運的是，ISIS中子源和μ子源的一個團(tuán)隊一直在研究這個問題，以使這個過程更快、更有效。其第一步是確定氣體可以進(jìn)入爐子的最高溫度，而不會使外尾過熱。經(jīng)過一系列的測試，這是在500℃下建立，下一階段是建立冷卻氣體的流動，而不是使用上述的間歇過程。這能讓氣體在流動時除去熱量。研究小組嘗試了幾種類型的氣體：氦氣、氬氣和氮氣，兩種氣體都在室溫下通過液氮冷卻回路冷卻，但發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)氣體氦是最好的(這是在冷卻過程后回收的，這樣就不會浪費氦)。

接下來，研究了使用的最佳流速，即提供最快冷卻的流速。太快，它不會很好地散熱，而太慢，它需要更多的時間。最佳流速為2升/分鐘。幸運的是，在12個月期間對設(shè)備的元件和屏蔽壽命進(jìn)行的測試表明，它們沒有受到快速冷卻的負(fù)面影響。在SINE2020的第一年內(nèi)，冷卻時間僅為45分鐘。這比現(xiàn)有工藝快6倍。該系統(tǒng)已在ISIS的所有爐子上以手動形式安裝了兩年，在12個月的時間內(nèi)節(jié)省了39天的束流時間，相當(dāng)于13次額外的中子實驗！當(dāng)然，發(fā)展并沒有止步于此，為什么不實現(xiàn)自動化呢？

更好的是，讓它可以遠(yuǎn)程控制？電子設(shè)置包括用于操作的用戶友好的觸摸屏，并使用高質(zhì)量的電磁閥和質(zhì)量流量控制閥。這些可以擴(kuò)展設(shè)備對未來可能性的適應(yīng)性，例如，用戶希望在實驗期間將其樣品冷卻到設(shè)定溫度或通過設(shè)定的冷卻速率。這種設(shè)備的遠(yuǎn)程控制能力也將使用戶受益。在舒適的家中或酒店，也可以遠(yuǎn)程啟動冷卻過程，這樣當(dāng)他們到達(dá)時，樣品已經(jīng)處于所需的溫度。這將使他們獲得額外45分鐘的床上休息時間，或者完成他們新論文的幾個段落。SINE2020中也定義了Secop協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已用于該設(shè)備。

這將促進(jìn)所有示例環(huán)境的互換性，因此它們可以在任何地方使用。這對于考慮生產(chǎn)這種快速冷卻爐以供銷售的公司來說非常重要。SINE2020通過其資金支持開發(fā)了最新示例環(huán)境改進(jìn)，現(xiàn)在可以生產(chǎn)更多的熔爐，用于ISIS和世界各地其他中子源的儀器。事實上，通過SINE2020合作，ILL已經(jīng)在為其儀器的所有電阻爐生產(chǎn)它們，并實現(xiàn)了4倍快的冷卻時間。ESS還可以確保這些被添加到他們的能力中，使他們能夠從第一個中子開始快速有效地收集數(shù)據(jù)。

博科園｜研究/來自：CORDIS

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