Quanto tempo leva para resfriar os fornos de um ambiente de amostra de 1000 graus C a 80 graus C? Resposta:4,5 horas. Isso desperdiça muito tempo precioso do feixe de nêutrons, então o que o SINE2020 tem feito a respeito?

Muitos experimentos de nêutrons são realizados no vácuo e, portanto, o equipamento do ambiente de amostra precisa ser bem isolado - isso causa um pequeno problema quando você deseja resfriar sua amostra de volta. As leis da física simplesmente atrapalham! As últimas centenas de graus são particularmente difíceis e lentas. Atualmente a rotina é encher o forno assim que chegar a 150 ° C com um gás, deixe a temperatura esfriar e nivelar, e, em seguida, evacue esse gás mais quente antes de reabastecer o vaso mais uma vez. O processo de enchimento é manual e todo o processo é demorado.

Felizmente, uma equipe da ISIS Neutron e da Muon Source tem trabalhado nesse problema para tornar o processo mais rápido e eficiente.

O primeiro passo foi estabelecer a temperatura máxima em que o gás poderia ser deixado dentro do forno sem superaquecer a cauda externa. Após uma série de testes, foi estabelecido em 500 ° C. A próxima etapa era estabelecer um fluxo de gás de resfriamento em vez de usar o processo em lote descrito acima. Isso permite que o gás remova o calor à medida que ele flui. A equipe tentou vários tipos de gases:hélio, argônio e nitrogênio, em temperatura ambiente e resfriado por meio de um circuito de resfriamento de nitrogênio líquido, mas descobriu que o gás tradicional usado, hélio, foi o melhor (é recuperado após o processo de resfriamento para não desperdiçar hélio).

Em seguida, eles investigaram a melhor taxa de fluxo a ser usada, ou seja, a taxa que forneceria o resfriamento mais rápido. Muito rápido e não dissipará o calor muito bem, enquanto muito lento e leva mais tempo. A melhor vazão encontrada foi de 2 litros por minuto. Felizmente, testes na vida útil do elemento e da blindagem do equipamento durante um período de 12 meses mostraram que eles não foram afetados negativamente pelo resfriamento rápido.

No primeiro ano do SINE2020, um tempo de resfriamento de apenas 45 minutos foi alcançado. Isso é 6 x mais rápido do que o processo existente. Este sistema foi instalado em todos os fornos do ISIS de forma manual por dois anos e durante um período de 12 meses economizou 39 dias de tempo de feixe, equivalente a até 13 experimentos de nêutrons extras!

Claro, o desenvolvimento não parou por aí. Por que não automatizar? E, melhor ainda, torná-lo controlável remotamente? A configuração eletrônica inclui uma tela de toque amigável para operação e usa válvulas solenóides e de controle de fluxo de massa de alta qualidade. Isso poderia estender a adaptabilidade do equipamento para possibilidades futuras, por exemplo. um usuário que deseja resfriar sua amostra até uma temperatura definida ou por uma taxa de resfriamento definida durante um experimento. A capacidade de controle remoto deste equipamento também beneficiará os usuários. Do conforto de sua casa ou hotel, eles podem iniciar o processo de resfriamento remotamente para que sua amostra já esteja na temperatura exigida quando chegarem. Isso lhes dará o luxo de mais 45 minutos na cama, ou talvez mais alguns parágrafos de seu último artigo.

O padrão de protocolo SECoP, também definido no SINE2020, foi usado para este equipamento. Isso facilitará a intercambiabilidade para todos os ambientes de amostra para que possam ser usados ​​em qualquer lugar. Isso é muito importante para empresas que consideram a produção deste forno de resfriamento rápido para venda.

O SINE2020 permitiu o desenvolvimento deste último exemplo de melhoria de ambiente por meio de seu financiamento. Agora, muitos mais fornos podem ser produzidos para instrumentos do ISIS e outras fontes de nêutrons ao redor do mundo.

Na verdade, através da colaboração SINE2020, O ILL já os está produzindo para todos os fornos resistivos para seus instrumentos e atingiu tempos de resfriamento 4 vezes mais rápidos. O ESS também pode garantir que eles sejam adicionados às suas capacidades para permitir que coletem seus dados de forma rápida e eficiente, dos primeiros nêutrons em diante.