Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Thomas Jefferson National Accelerator Facility

"Jlab" přeadresuje tady. Software pro numerický výpočet viz jLab. Značku sluchátek a reproduktorů viz JLab Audio.

Souřadnice: 37 ° 05'41 ″ severní šířky 76 ° 28'54 "W / 37,09472 ° N 76,48167 ° Z / 37.09472; -76.48167

Thomas Jefferson National Accelerator Facility
Logo JLab white2.jpg
MottoZkoumání podstaty hmoty
Založeno1984; Před 36 lety (1984)
Typ výzkumuNukleární fyzika
RozpočetC. NÁS 200 milionů $ (2010)
ŘeditelStuart Henderson
Personál675
UmístěníNewport News, Virginie, Spojené státy
Kampus214 akrů (87 ha)
Provozní agentura
Jefferson Science Associates, LLC
webová stránkawww.jlab.org

Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF), běžně nazývaný Jeffersonova laboratoř nebo JLab, je Americká národní laboratoř nacházející se v Newport News, Virginie. Jejím stanoveným posláním je „poskytovat přední vědecká zařízení, příležitosti a vedoucí postavení nezbytné pro objevování základní struktury jaderné hmoty; spolupracovat v průmyslu při používání jeho vyspělých technologií; a sloužit národu a jeho komunitám prostřednictvím vzdělávání a veřejného dosahu.“[1]

Letecký pohled na Jefferson Lab
Schéma akcelerátoru a experimentálních hal po upgradu energie 12 GeV.

Od 1. června 2006 ji provozuje společnost Jefferson Science Associates, LLC, a společnost s ručením omezeným vytvořil Sdružení pro výzkum jihovýchodních univerzit a PAE Applied Technologies. Do roku 1996 to bylo známé jako Kontinuální urychlovač elektronového paprsku (CEBAF); běžně se tento název stále používá pro hlavní akcelerátor. Společnost Jefferson Lab, která byla založena v roce 1984, zaměstnává více než 750 lidí a více než 2000 vědců z celého světa provedlo výzkum pomocí zařízení.[2]

Dějiny

[3]Zařízení bylo založeno v roce 1984 (první počáteční financování DOE, ministerstvo energetiky) jako zařízení pro kontinuální urychlování elektronových paprsků (CEBAF); název byl změněn na Thomas Jefferson National Accelerator Facility v roce 1996. Plné financování výstavby si přivlastnil americký Kongres v roce 1986 a 13. února 1987 byla zahájena výstavba hlavní součásti, akcelerátoru CEBAF. První paprsek byl dodán do experimentální oblasti 1. července 1994. Energie návrhu 4 GeV pro paprsek byla dosažena v průběhu roku 1995. Laboratorní věnování proběhlo 24. května 1996 (na této akci byl také změněn název). Plného počátečního provozu se všemi třemi počátečními experimentálními oblastmi online na návrhové energii bylo dosaženo 19. června 1998. 6. srpna 2000 CEBAF dosáhl „vylepšené návrhové energie“ 6 GeV. V roce 2001 byly zahájeny plány na energetický upgrade na 12 GeV elektronový paprsek a plány na výstavbu čtvrté experimentální haly. Plány postupovaly v různých fázích kritického rozhodování DOE v dekádě 2000, s konečným přijetím DOE v roce 2008 a výstavbou 12 GeV upgradu od roku 2009. 18. května 2012 byl vypnut původní akcelerátor 6 GeV CEBAF pro výměnu komponenty akcelerátoru pro upgrade na 12 GeV. 178 experimentů bylo dokončeno s původním CEBAF.

Kromě urychlovače byla v laboratoři umístěna a nadále je umístěna přístroj s volným elektronovým laserem (FEL). Stavba FEL byla zahájena 11. června 1996. První světlo dosáhla 17. června 1998. Od té doby byl FEL několikrát upgradován, čímž se podstatně zvýšila jeho síla a schopnosti.

Jefferson Lab se také podílel na stavbě Spallation Neutron Source (SNS) v Oak Ridge. Jefferson postavil supravodivý akcelerátor SNS a chladicí systém na helium. Komponenty akcelerátoru byly navrženy a vyrobeny v letech 2000–2005.

Plynový pedál

Hlavním výzkumným zařízením laboratoře je urychlovač CEBAF, který se skládá z polarizovaného elektron zdroj a injektor a pár supravodivé vysokofrekvenční lineární urychlovače které jsou dlouhé 700 mil (1400 m) a jsou vzájemně spojeny dvěma obloukovými částmi, které obsahují magnety řízení. Protože elektronový paprsek tvoří až pět po sobě jdoucích oběžných drah, jeho energie se zvyšuje až na maximálně 6GeV (původní stroj CEBAF pracoval nejprve v roce 1995 při návrhové energii 4 GeV, než dosáhl „vylepšené návrhové energie“ 6 GeV v roce 2000; od té doby bylo zařízení upgradováno na 12 GeV energii). To vede k designu, který se jeví jako závodní dráha ve srovnání s klasickými prstencovými urychlovači na místech, jako je CERN nebo Fermilab. Efektivně je CEBAF a lineární urychlovač, podobný SLAC na Stanford, který byl složen až na desetinu své normální délky.

Konstrukce CEBAF umožňuje, aby elektronový paprsek byl spíše spojitý než pulzní paprsek typický pro prstencovité urychlovače. (Existuje určitá struktura paprsku, ale pulsy jsou mnohem kratší a blíže k sobě.) Elektronový paprsek je směrován na tři potenciální cíle (viz níže). Jedním z charakteristických rysů Jeffersonovy laboratoře je spojitá povaha elektronového paprsku s délkou svazku menší než 1 pikosekunda. Dalším důvodem je použití Jefferson Lab supravodivá rádiová frekvence (SRF) technologie, která využívá tekuté hélium zchladit niob na přibližně 4 K. (-452,5 ° F), odstranění elektrického odporu a umožnění nejúčinnějšího přenosu energie na elektron. Za tímto účelem je v Jefferson Lab umístěna největší chladnička na kapalné hélium na světě a byla to jedna z prvních rozsáhlých implementací technologie SRF. Urychlovač je postaven 8 metrů pod zemským povrchem nebo přibližně 25 stop a stěny tunelů urychlovače jsou tlusté 2 stopy.

Paprsek končí ve čtyřech experimentálních halách, označených jako Hall A, Hala B, Hala C a hala D. Každá hala obsahuje specializované spektrometry zaznamenat produkty srážek mezi elektronovým paprskem nebo se skutečnými fotony a stacionárním cílem. To umožňuje fyzikům studovat strukturu atomové jádro, konkrétně interakce kvarky které tvoří protony a neutrony jádra.

S každou otáčkou kolem akcelerátoru paprsek prochází každou z těchto dvou LINAC urychlovače, ale prostřednictvím jiné sady ohýbacích magnetů v půlkruhových obloucích na koncích linaků. Elektrony procházejí lineárními urychlovači až pětkrát.

Když je jádro v cíli zasaženo elektron z paprsku dojde k „interakci“ nebo „události“, rozptylu částice do haly. Každá hala obsahuje řadu detektory částic které sledují fyzikální vlastnosti částic produkovaných událostí. Detektory generují elektrický proud pulzy které jsou převedeny na digitální hodnoty pomocí analogově-digitální převaděče (ADC), převaděče času na digitální převodníky (TDC) a čítače pulsů (škálovače).

Tento digitální data je shromážděno a uloženo tak, aby fyzik může později analyzovat data a rekonstruovat fyziku, ke které došlo. Systém elektroniky a počítačů, které tento úkol plní, se nazývá a systém sběru dat.

12 GeV upgrade

Od června 2010, byla zahájena výstavba modernizace za 338 milionů dolarů, která měla přidat koncovou stanici, hala D, na opačném konci akcelerátoru od ostatních tří hal, a také zdvojnásobit energii paprsku na 12 GeV. Současně byl zkonstruován doplněk Testovací laboratoře (kde se vyrábějí dutiny SRF používané v CEBAF a dalších urychlovačích používaných po celém světě).

Od května 2014, aktualizace dosáhla nového rekordu v energii paprsku, při 10,5 GeV, dodávající paprsek do haly D.[4]

Od prosince 2016, akcelerátor CEBAF dodal plně energetické elektrony jako součást činností při uvádění do provozu probíhajícího projektu 12 GeV Upgrade. Provozovatelé zařízení pro kontinuální urychlování elektronových paprsků dodali první dávku 12 GeV elektronů (12,065 Giga elektronvoltů) do svého nejnovějšího komplexu experimentálních hal, haly D.[5]

V září 2017 bylo vydáno oficiální oznámení od DOE o formálním schválení dokončení a zahájení provozu projektu upgradu 12 GeV. Na jaře 2018 všechny čtyři výzkumné oblasti úspěšně přijímaly paprsek a prováděly experimenty. Dne 2. května 2018 se konal obřad věnování upgradu CEBAF 12 GeV.[6]

Od prosince 2018, urychlovač CEBAF dodával elektronové paprsky do všech čtyř experimentálních hal současně, aby fungovala výroba v kvalitě fyziky.[7]

Fyzikální program

Jefferson Lab provádí široký program výzkumu pomocí elektromagnetické interakce ke zkoumání struktury nukleonu (protony a neutrony), produkce a rozpadu světelných mezonů a aspektů interakcí nukleonů v atomovém jádru. Hlavními nástroji jsou rozptyl elektronů a tvorba a využití vysokoenergetických reálných fotonů. Kromě toho lze elektronové i fotonové paprsky vyrobit vysoce polarizované, což při zkoumání umožňuje zkoumat takzvané stupně volnosti odstřeďování.

Čtyři experimentální haly mají odlišné, ale překrývající se výzkumné cíle, ale s jedinečným vybavením.

Hala A

Ke studiu hluboko nepružného elektronového rozptylu byly použity odpovídající spektrometry s vysokým rozlišením (HRS). Pomocí velmi dobře kontrolovaných polarizovaných elektronových paprsků bylo studováno narušení parity v rozptylu elektronů.

Hala B

The Detektor CLAS byla základem experimentálního programu v hale B od roku 1998 do roku 2012. Existují pracovní skupiny pro fyziku v oblastech hlubokých neelastických interakcí, hadronové spektroskopie a jaderných interakcí. Podívejte se na článek týkající se samotného spektrometru a fyzikálního programu na odkazu CLAS. Byly použity polarizované skutečné fotony a elektronové paprsky. Fyzikální cíle zahrnovaly kapalný vodík a deuterium i masivní jaderné materiály.

V éře 12 paprsků GeV v laboratoři Jefferson Lab byl program haly B restrukturalizován tak, aby zahrnoval nový detektor s názvem CLAS12, stejně jako několik dalších experimentů využívajících specializovanější hardware.

Hala C

Několik spektrometrů a specializovaného vybavení bylo použito ke studiu například rozptylu elektronů narušujících paritu k měření slabého náboje protonu a hyperjaderné produkce s elektromagnetickou interakcí.

Hala D

Tato experimentální hala byla postavena na začátku programu energie paprsků 12 GeV, který začíná v roce 2014. V této hale se nachází GlueX experiment, který je navržen tak, aby při hledání podrobně zmapoval spektrum mesonů bez příchuti explicitní gluonické buzení v mezonech.

Volný elektronový laser

JLab obsahuje nejvýkonnější laditelný systém na světě volný elektronový laser, s výkonem přes 14 kilowattů.

CODA

Vzhledem k tomu, že CEBAF má současně spuštěny tři doplňkové experimenty, bylo rozhodnuto, že tři systémy pro sběr dat by měly být co nejpodobnější, aby fyzikové přecházející z jednoho experimentu do druhého našli známé prostředí. Za tímto účelem byla najata skupina specializovaných fyziků, aby vytvořila vývojovou skupinu pro sběr dat, která by vyvinula společný systém pro všechny tři haly. CODA, Online systém sběru dat CEBAF, byl výsledek.[8]

CODA je sada softwarových nástrojů a doporučeného hardwaru, který usnadňuje systém sběru dat pro nukleární fyzika experimenty. V jaderných a částicová fyzika experimenty, stopy částic jsou digitalizovány systémem sběru dat, ale detektory jsou schopné generovat velké množství možných měření nebo „datových kanálů“.

Typicky jsou ADC, TDC a další digitální elektronika velké desky s obvody s konektory na přední hraně, které poskytují vstup a výstup pro digitální signály, a konektorem na zadní straně, který se zapojuje do backplane. Skupina desek je zapojena do a podvozek nebobedna ", který poskytuje fyzickou podporu, napájení a chlazení desek a základní desky. Toto uspořádání umožňuje elektronika schopný digitalizace mnoho stovek kanálů, které mají být komprimovány do jednoho šasi.

V systému CODA obsahuje každý podvozek inteligentní desku ovladač pro zbytek podvozku. Tato deska s názvem ReadOut Controller (ROC), konfiguruje každá z digitalizačních karet po prvním přijetí dat načte data z digitizérů a naformátuje data pro pozdější analýzu.

Viz také

Reference

  1. ^ Ware, Linda (26. září 2005). „Vědci z laboratoře Jefferson Lab se pustili do testování látek ničících bakterie. Tisková zpráva PR-JLAB-05-4. Argonne, IL: Lightsources.org. Archivovány od originál 8. července 2007. Citováno 3. října 2005.
  2. ^ „Stručný přehled laboratoří: Národní zařízení akcelerátoru Thomase Jeffersona“. US Department of Energy Office of Science. Citováno 6. května 2019.
  3. ^ https://www.jlab.org/visitors/history/index.html
  4. ^ St, 14/14/2014 - 14:22 (9. května 2014). „Vědci uvolnili v Jeffersonově laboratoři paprsek s nejvyšší energií, jaký kdy byl“. Rdmag.com. Citováno 15. května 2014.
  5. ^ https://www.jlab.org
  6. ^ https://www.jlab.org/ir/archives/
  7. ^ „CEBAF zapíná kouzlo“. phys.org. Citováno 6. května 2019.
  8. ^ coda.jlab.org

externí odkazy