Zařízení pro vzácné izotopové paprsky - Facility for Rare Isotope Beams

Zařízení pro vzácné izotopové paprsky (FRIB)
Pohled na FRIB při pohledu na jihovýchod
Michiganská státní univerzita zřizuje a provozuje FRIB jako uživatelské zařízení pro Úřad jaderné fyziky v Úřadu pro vědu amerického energetického ministerstva. FRIB umožní vědcům objevovat vlastnosti vzácných izotopů, aby lépe porozuměli fyzice jader, jaderné astrofyzice, základním interakcím a aplikacím pro společnost, včetně medicíny, vnitřní bezpečnosti a průmyslu.
Obecná informace
TypNárodní uživatelský nástroj
Adresa640 Jižní Shaw Lane
Město nebo městoEast Lansing, Michigan
ZeměSpojené státy
Souřadnice42 ° 43'29.21 "N 84 ° 28'25,78 "W / 42,7247806 ° N 84,4738278 ° W / 42.7247806; -84.4738278
DokončenoČerven 2022, včasné dokončení v roce 2021
Náklady765 milionů USD (celkové náklady na projekt)
MajitelMichiganská státní univerzita
Technické údaje
Podlahová plocha220 160 čtverečních stop (20 454 m2)
Design a konstrukce
Architektonická firmaSmithGroup JJR
Hlavní dodavatelBarton Malow
webová stránka
Frib.msu.edu

The Zařízení pro vzácné paprsky izotopů (FRIB) bude nový vědecký urychlovač pro jadernou vědu, financovaný USA Department of Energy Office of Science (DOE-SC), Michiganská státní univerzita (MSU) a Stát Michigan. MSU zřizuje a provozuje FRIB jako uživatelské zařízení pro Úřad jaderné fyziky v Úřadu pro vědu amerického ministerstva energetiky. FRIB poskytne intenzivní paprsky vzácných izotopů (tj. Krátkodobých atomová jádra běžně se na Zemi nenachází). FRIB umožní vědcům provádět objevy o vlastnostech vzácných izotopů, aby mohli rozšířit znalosti nukleární fyzika, jaderná astrofyzika, základní interakce jader a aplikace vzácných izotopů pro společnost. Výstavba konvenčních zařízení FRIB byla zahájena na jaře 2014 a byla dokončena v roce 2017. Konečný návrh technických systémů je dokončen a technická výstavba probíhá, přičemž byla zahájena na podzim roku 2014. Celkové náklady projektu jsou po dokončení projektu stanoveny na 730 milionů USD v červnu 2022.1

Ve dnech 11. – 12. Července 2018 zařízení pro vzácné izotopové paprsky zrychlilo první paprsek ve třech ze čtyřiceti šesti supravodivých kryomodulů (zelenou barvou). Paprsek v teplém vysokofrekvenčním kvadrupólu byl dříve zrychlen v září 2017.
Kryogenní rostlina FRIB vyrobila své první tekuté hélium při 4,5 kelvinu (K) dne 16. listopadu 2017. Foto s laskavým svolením MSU Communications and Brand Strategy.

Očekává se, že FRIB poskytne výzkumné příležitosti mezinárodní komunitě univerzitních a laboratorních vědců, postdoktorských spolupracovníků a postgraduálních studentů. FRIB poskytne vědcům technické možnosti ke studiu vlastností vzácných izotopů a k využití těchto znalostí v různých aplikacích, včetně věda o materiálech, nukleární medicína a základní znalosti jaderného materiálu důležitého pro jaderné zbraně hromadné správcovství. Více než 20 pracovních skupin se specializací na experimentální zařízení a vědecká témata bylo organizováno prostřednictvím organizace uživatelů.

DOE-SC určilo, že zřízení Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) je vysokou prioritou pro budoucnost amerického jaderného výzkumu. Jedná se o první doporučení v dekadálním studiu jaderné fyziky z roku 2012: Jaderná fyzika: Zkoumání jádra věci. Priorita dokončení je uvedena v plánu pro jadernou vědu z roku 2015 s dlouhým dosahem: Implementace Reaching for the Horizon Poradní výbor pro jadernou vědu DOE / NSF.

V březnu 2015 pracovníci nalili téměř 3600 kubických metrů betonu do tunelu lineárního urychlovače. Foto s laskavým svolením komunikace a strategie značky MSU.
Tato fotografie ze 4. března 2017 ukazuje konstrukci zařízení pro vzácné izotopové paprsky.

Vývoj

DOE-SC oznámila výběr Michiganské státní univerzity pro návrh a založení FRIB dne 11. prosince 2008 po pečlivém procesu hodnocení zásluh včetně písemné žádosti, ústních prezentací a návštěv stránek.[1]

Projekt získal v září 2010 schválení Kritické rozhodnutí 1 (CD-1), které stanovilo preferovanou alternativu a související stanovené náklady a rozsahy harmonogramu.[2]

1. srpna 2013 DOE-SC schválila základní linii projektu (CD-2) a zahájení civilní výstavby (CD-3a), dokud nebylo oznámeno pokračovat. Civilní výstavba nemohla začít na základě pokračujícího usnesení o rozpočtových prostředcích, které znemožnilo zahájení nové výstavby.[3]

18. ledna 2014 schválil rozpočtový zákon obě komory kongresu.

Po schválení prostředků na FY2014 vydal DOE-SC dne 22. ledna 2014 výzvu k zahájení civilní výstavby.[4]

25. února 2014 představenstvo Michiganského strategického fondu[5] setkali se na Michiganské státní univerzitě a schválili téměř 91 milionů dolarů na podporu výstavby FRIB.[6]

FRIB označil oficiální zahájení civilní výstavby průkopnickým obřadem 17. března 2014. Zúčastnili se jej zástupci Michiganská delegace, Stát Michigan, Michiganská státní univerzita a americké ministerstvo energetiky Office of Science. Technická výstavba byla zahájena v říjnu 2014 po schválení CD-3b společností DOE-SC.

V březnu 2017 dosáhl FRIB prospěšného obsazení civilních staveb a v důsledku toho se eskalovaly technické instalační činnosti.

V říjnu 2017 byla dokončena přední část se zdrojem iontů a transportem paprsků s nízkou energií. V roce 2017 byla kryogenní elektrárna FRIB dokončena a vyrobila své první tekuté hélium při 4,5 kelvinu (K) nebo 4,5 stupních nad absolutní nulou. Díky tekutému héliu jsou dutiny urychlovače FRIB supravodivé a budou supravodivý linac provozovat. V červenci 2018 byly paprsky argonu a kryptonu zrychleny v prvních třech supravodivých kryomodulích urychlujících paprsek.

V srpnu 2018 společnost FRIB cirkulovala tekuté lithium a ve svém stripperu zavedla lithiový film. FRIB je první na světě, který používá kapalné lithium jako odstraňovač náboje k odstranění elektronů ze svých iontových paprsků pro efektivní zrychlení.

V prosinci 2018 byly první kryomoduly v linaku ochlazeny na 2 K. FRIB je první supravodivý těžce iontový linac, který pracuje při 2 K, což zvyšuje výkon a snižuje spotřebu elektřiny ve srovnání s provozem při 4 K.

V únoru 2019 FRIB zrychlil paprsky prostřednictvím prvních 15 (z celkem 46) kryomodulů na 10 procent konečné energie paprsku FRIB. Díky těmto paprskovým testům se FRIB stal supravodivým linacem těžkých iontů s nejvyšší energií. V srpnu 2019 byl vysokofrekvenční kvadrupól (RFQ) upraven nad 100 kW, což je výkon CW potřebný k dosažení cíle mise FRIB, kterým je urychlení paprsků uranu. RFQ připravuje paprsek na další zrychlení v linaku.

V září 2019 byla poprvé změřena tloušťka kapalného lithiového filmu v odlučovači náboje online elektronovým systémem paprsků. Elektronový paprsek prochází lithiovým filmem současně s paprskem těžkých iontů, což umožňuje kontinuální a online měření tloušťky.

V říjnu 2019 byly kryomoduly ve druhém skládacím segmentu linaku nainstalovány a ochlazeny.

Stavba dvou přírůstků budov financovaných MSU byla v podstatě dokončena v lednu 2020. Budova kryogenního shromáždění bude sloužit k údržbě kryomodul ak provádění kryogenně-technického výzkumu. Spektrometr s vysokou tuhostí a sklizeň izotopů bude obsahovat výzkumné zařízení pro sklizeň izotopů a poskytne prostor pro experimenty.

V březnu 2020 FRIB zrychlil paprsek argon-36 prostřednictvím 37 ze 46 supravodivých kryomodulů na 204 MeV / nukleon nebo 57 procent rychlosti světla, na klíčové parametry výkonu požadované při dokončení projektu.

V červnu 2020 společnost FRIB dokončila montáž a testování všech 46 základních kryomodulů, které obsahují supravodivé vysokofrekvenční rezonátory, které urychlují paprsek těžkých iontů FRIB při provozu při teplotách několik stupňů nad absolutní nulou. FRIB je první velký supravodivý lineární urychlovač v zemi s většinou rezonátorů vyráběných v tuzemsku.

FRIB nadále provozuje své kryogenní zařízení s vysokou účinností. Od roku 2018 provozuje kryogenní elektrárna FRIB nepřetržitě zkapalňování hélia až o 2 stupně nad absolutní nulou. Nejmodernější závod dodává chlazení na 4,5 Kelvina (K) a 2 K do lineárního urychlovače FRIB, čímž se FRIB stává prvním lineárním urychlovačem těžkých iontů, který pracuje při 2 K. Aby uspokojil potřebu národní pracovní síly, MSU Kryogenní iniciativa mezi FRIB a MSU College of Engineering využívá FRIB k výcviku nové generace kryogenních inženýrů.

V září 2020 společnost DOE označila FRIB jako uživatelský nástroj DOE-SC. Americký ministr pro energetiku Dan Brouillette navštívil laboratoř na slavnostním jmenování.

V březnu 2017 dosáhl FRIB výhodného obsazení civilní výstavby.

Poznámky

  1. ^ "Informační list". Ministerstvo energetiky. Citováno 12. listopadu 2008.
  2. ^ Miller, Matthew. „Federální designový koncept OK pro zařízení jaderné fyziky MSU“ (PDF). Lansing State Journal. Archivovány od originál (PDF) 7. listopadu 2013. Citováno 9. září 2010.
  3. ^ Glasmacher, Thomas. „DOE Office of Science schvaluje CD-2 a CD-3a“. FRIB. Citováno 5. srpna 2013.
  4. ^ Glasmacher, Thomas. „Stavba FRIB má začít brzy na jaře“. FRIB. Citováno 23. listopadu 2016.
  5. ^ „Strategický fond v Michiganu | O společnosti MEDC | Michigan Business“.
  6. ^ Miller, Matthew. "Stav je v pořádku 91M pro MSUs FRIB". Lansing State Journal. Citováno 25. února 2014.

Viz také

Reference

externí odkazy