Combien de temps faut-il pour refroidir les fours d'un environnement échantillon de 1000 degrés C à 80 degrés C ? Réponse :4,5 heures. Cela fait perdre beaucoup de temps précieux au faisceau de neutrons, alors qu'est-ce que SINE2020 a fait à ce sujet ?

De nombreuses expériences neutroniques sont réalisées sous vide et l'équipement de l'environnement d'échantillonnage doit donc être bien isolé, ce qui pose un certain problème lorsque vous souhaitez refroidir votre échantillon. Les lois de la physique s'en mêlent ! Les dernières centaines de degrés sont particulièrement difficiles et lentes. Actuellement, la routine consiste à remplir le four une fois qu'il atteint 150°C avec un gaz, laisser la température refroidir et niveler, puis évacuer ce gaz plus chaud avant de remplir à nouveau la cuve. Le processus de remplissage est manuel et l'ensemble du processus prend du temps.

Heureusement, une équipe d'ISIS Neutron et de Muon Source a travaillé sur ce problème pour rendre le processus plus rapide et plus efficace.

Leur première étape consistait à établir la température maximale à laquelle le gaz pouvait entrer dans le four sans surchauffer la queue extérieure. Après une série de tests, celle-ci a été établie à 500°C. L'étape suivante consistait à mettre en place un flux de gaz de refroidissement au lieu d'utiliser le procédé discontinu décrit ci-dessus. Cela permet au gaz d'évacuer la chaleur lors de son passage. L'équipe a essayé plusieurs types de gaz :hélium, argon et azote, à la fois à température ambiante et refroidi par une boucle de refroidissement à l'azote liquide, mais découvert que le gaz traditionnel utilisé, hélium, était le meilleur (il est récupéré après le processus de refroidissement afin de ne pas gaspiller d'hélium).

Ensuite, ils ont étudié le meilleur débit à utiliser, c'est-à-dire le débit qui fournirait le refroidissement le plus rapide. Trop rapide et cela ne dissipera pas très bien la chaleur alors que trop lent et cela prend plus de temps. Le meilleur débit s'est avéré être de 2 litres par minute. Heureusement, des tests sur la durée de vie de l'élément et du blindage de l'équipement sur une période de 12 mois ont montré qu'ils n'étaient pas affectés négativement par le refroidissement rapide.

Au cours de la première année de SINE2020, un temps de refroidissement de seulement 45 minutes a été atteint. C'est 6 fois plus rapide que le processus existant. Ce système a été installé sur tous les fours d'ISIS sous forme manuelle pendant deux ans et sur une période de 12 mois a permis d'économiser 39 jours de temps de faisceau, l'équivalent de jusqu'à 13 expériences neutroniques supplémentaires !

Bien sûr, le développement ne s'est pas arrêté là. Pourquoi ne pas l'automatiser ? Et, encore mieux, le rendre contrôlable à distance ? La configuration électronique comprend un écran tactile convivial pour le fonctionnement et utilise des électrovannes et des vannes de régulation de débit massique de haute qualité. Ceux-ci pourraient étendre l'adaptabilité de l'équipement pour des possibilités futures, par exemple. un utilisateur qui souhaite refroidir son échantillon à une température définie ou par une vitesse de refroidissement définie au cours d'une expérience. La capacité de contrôle à distance de cet équipement profitera également aux utilisateurs. Depuis le confort de leur maison ou de leur hôtel, ils peuvent démarrer le processus de refroidissement à distance afin que leur échantillon soit déjà à la température requise à leur arrivée. Cela leur donnera le luxe de 45 minutes supplémentaires au lit, ou peut-être quelques paragraphes supplémentaires de leur dernier article.

La norme de protocole SECoP, également défini dans SINE2020, a été utilisé pour cet équipement. Cela facilitera l'interchangeabilité pour tous les environnements d'échantillons afin qu'ils puissent être utilisés partout. Ceci est très important pour les entreprises qui envisageraient de vendre ce four à refroidissement rapide.

SINE2020 a permis le développement de cette dernière amélioration de l'environnement d'échantillon grâce à son financement. Désormais, de nombreux autres fours peuvent être produits pour les instruments d'ISIS et d'autres sources de neutrons dans le monde.

En réalité, à travers la collaboration SINE2020, L'ILL les produit déjà pour tous ses fours résistifs pour ses instruments et a atteint des temps de refroidissement 4 fois plus rapides. ESS peut également s'assurer que ceux-ci sont ajoutés à leurs capacités pour leur permettre de collecter leurs données rapidement et efficacement dès les premiers neutrons.