p Pesquisadores e engenheiros da Spallation Neutron Source (SNS) estão fazendo progressos na construção do VENUS, o mais novo instrumento da instalação para estudar materiais de maneiras novas e estimulantes que atualmente não são possíveis para programas abertos de pesquisa nos Estados Unidos. p O Laboratório Nacional Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE) é o lar de duas instalações de pesquisa de espalhamento de nêutrons líderes mundiais, SNS e o reator de isótopos de alto fluxo (HFIR). VENUS é um instrumento de imagem de última geração que será usado para estudar uma ampla gama de materiais diversos, como materiais de bateria, ligas avançadas, materiais nucleares, Fisiologia vegetal, biologia, e até artefatos arqueológicos. Embora a imagem de nêutrons não seja completamente nova, A VENUS fornecerá recursos de imagem de tempo de voo, habilitado pelo acelerador de fonte pulsada SNS, usado para capturar simultaneamente informações sobre a estrutura e comportamento dos materiais na escala atômica.

p Os nêutrons são uma partícula essencial de toda a matéria. Desde meados de 1900, os cientistas têm aproveitado suas propriedades para examinar profundamente os materiais para entender os átomos dentro deles. As informações obtidas guiaram e seguem orientando os avanços tecnológicos. Na maioria dos experimentos de espalhamento de nêutrons, nêutrons fornecem uma medição média de um material para determinar a estrutura atômica, movimentos atômicos, ordem magnética, e muitas outras propriedades calculadas em uma amostra. Uma técnica alternativa é a imagem de nêutrons, onde avanços significativos estão sendo feitos e implementados na VENUS.

p Enquanto a maioria das técnicas de espalhamento de nêutrons constroem modelos de nível atômico de materiais com base em como os nêutrons "saltam" ou espalham os átomos, o instrumento IMAGING no HFIR gera imagens à medida que os nêutrons passam através dos objetos. As imagens são chamadas de radiografias, semelhante aos raios-X clínicos, em qual contraste, ou como os nêutrons são absorvidos ou desviados por diferentes materiais, revela a estrutura interna dos objetos.

p Em contraste com a imagem de raios-X, nêutrons podem penetrar profundamente em materiais feitos de elementos pesados ​​- como blocos de motor e lâminas de turbina - e são mais sensíveis aos núcleos do que às nuvens de elétrons circundantes. Isso permite que os nêutrons detectem as diferenças nos isótopos nucleares e distingam entre elementos quimicamente semelhantes.

p "Os nêutrons também podem ver os elementos leves na presença de outros mais pesados. Por exemplo, usando nossa linha de luz IMAGING existente em HFIR, átomos de hidrogênio podem ser isolados ou iluminados contra o fundo para revelar como a água viaja pelas raízes das plantas, "disse o cientista líder em instrumentos de imagem Hassina Bilheux." A mesma técnica pode ser usada para aplicações industriais, como a deposição de fuligem de imagem no conversor catalítico de um automóvel. "

p Indo além do que é possível com a linha de luz IMAGING do HFIR - que usa um estado estacionário ou feixe constante de nêutrons - a construção do VENUS no acelerador de fonte pulsada SNS permitirá recursos de imagem de tempo de vôo. As técnicas de tempo de vôo usam o fato de que a velocidade de um nêutron depende de sua energia, e medindo o tempo em que nêutrons dos pulsos de nêutrons nítidos da fonte chegam ao detector de imagem, os pesquisadores podem diferenciar o que os nêutrons de diferentes energias veem. Portanto, cada imagem de nêutron também conterá informações "espectroscópicas".

p A técnica espectroscópica fornece aos pesquisadores recursos de imagem complementares aos do HFIR, tornando possível medir as propriedades cristalinas de um material ou identificar certos elementos dentro de um material. Nesse sentido, A VENUS fornecerá insights significativos sobre a otimização de combustíveis nucleares, isolando e diferenciando vários elementos pesados ​​em um combustível composto de elementos como urânio ou gadolínio, por exemplo.

p Pavimentando o caminho

p A construção física da linha de luz começou em 2019, e o trabalho está em andamento para iniciar o comissionamento da VENUS em 2023.

p Um trabalho de instalação significativo foi realizado enquanto o SNS estava fora do ar para um ciclo de manutenção programada estendido de meados de fevereiro até o início de abril. Essas atividades recentemente concluídas se concentraram em despejar concreto e instalar componentes pesados ​​de aço, tal como

p • Prateleiras do picador:Duas camadas de concreto foram derramadas, levantando o chão para fornecer uma prateleira para os helicópteros - os grandes discos de metal que giram 3, 600 vezes por minuto com aberturas definidas para selecionar nêutrons de velocidades específicas e, assim, criar os pulsos de nêutrons com a faixa desejada de energias.

p • Inserção de blindagem em massa:A inserção de blindagem em massa é uma caixa de aço inoxidável - aparafusada à parede de concreto espessa que separa a sala de instrumentos do alvo de mercúrio líquido - que fornece um suporte de montagem para a instalação de outro equipamento, como o picador, o obturador de feixe, e o tubo de voo de nêutrons - os nêutrons de linha viajam da fonte ao instrumento.

p • Blindagem da cavidade do picador:An 8, A estrutura de aço de 000 libras instalada em torno da inserção da blindagem em massa fornece suporte para o picador e outros equipamentos, bem como suporte para "blocos de proteção roll-in" que serão instalados posteriormente.

p "Tivemos um primeiro período de instalação de muito sucesso para VENUS, e concluímos todas as atividades programadas durante a interrupção da primavera, "disse o engenheiro de instrumentos principal Tommy Thomasson." Nos próximos meses, o trabalho de design continuará na blindagem e nos componentes ópticos de nêutrons. "

p O trabalho também está avançando na aquisição de blindagem adicional, três helicópteros, e equipamento óptico de abertura variável. As atividades de instalação para a próxima interrupção de meados de julho a meados de agosto incluem modificações na blindagem da linha de luz vizinha POWGEN, bem como a instalação das primeiras placas embutidas VENUS. As placas embutidas são placas de aço de 2 polegadas de espessura instaladas acima e abaixo do comprimento do tubo de voo. As placas inferiores fornecerão uma plataforma estável para a fixação de dispositivos ópticos, e as placas superiores fornecerão uma superfície sólida para os cinco blocos de proteção roll-in de 18 toneladas usados ​​para contenção de radiação.

p “É importante que maximizemos o número de instrumentos disponíveis no SNS para nossos pesquisadores para que possamos acelerar as descobertas científicas, "disse o diretor da Divisão de Dispersão de Nêutrons, Hans Christen." O que é particularmente empolgante é que VENUS traz uma maneira completamente diferente de usar nêutrons para o SNS, que nossas comunidades de usuários acadêmicas e industriais solicitaram. "