2019-09-23 05:38:02
快速冷却样品环境熔炉

将样品环境炉从1000摄氏度冷却到80摄氏度需要多长时间?答:4.5小时。这浪费了很多宝贵的中子束时间,那么SINE2020在做什么呢?

许多中子实验是在真空中进行的,因此样品环境设备必须进行良好的绝缘处理–当您要冷却样品时,这会引起一些问题。物理定律只会产生阻碍!最后几百摄氏度特别困难和缓慢。目前的常规做法是,一旦炉膛中的气体达到150°C,就将其装满,让温度冷却并保持水平,然后排空这种较热的气体,然后再重新填充容器。填充过程是手动的,整个过程很耗时。

幸运的是,ISIS Neutron和Muon Source的团队一直在研究这个问题,以使该过程更快,更高效。

他们的第一步是在不使外部尾部过热的情况下,确定气体可以进入炉内的最高温度。经过一系列测试后,将其确定为500°C。下一步是建立冷却气流,而不是使用上述分批过程。这允许气体在流过时除去热量。该小组尝试了几种气体:氦气,氩气和氮气,在室温下均通过液氮冷却回路进行冷却,但发现使用的传统气体氦气是最好的(在冷却过程之后进行了回收,因此,不浪费氦气)。

接下来,他们研究了使用的最佳流速,即提供最快冷却速度的流速。速度太快,散热太慢,散热效果也不会很好。发现最佳流速是每分钟2升。幸运的是,对设备在12个月内的元件和屏蔽寿命的测试表明,它们不受快速冷却的负面影响。

在SINE2020的第一年内,冷却时间仅为45分钟。这比现有过程快6倍。该系统已经以手动形式安装到ISIS的所有熔炉中,并且在过去的12个月中节省了39天的射束时间,相当于多达13次额外的中子实验!

当然,开发并没有止步于此。为什么不自动化呢?而且,甚至更好地使其可远程控制吗?电子设置包括易于操作的用户触摸屏,并使用高质量的电磁阀和质量流量控制阀。这些可以扩展设备的适应性以适应未来的可能性,例如希望在实验期间将样品冷却到设定温度或设定冷却速率的用户。该设备的远程控制功能也将使用户受益。他们可以从舒适的家中或酒店远程开始冷却过程,因此样品到达时已经达到了所需的温度。这将使他们获得额外的45分钟的床上休息时间,或者获得他们最新论文的更多段落。

同样在SINE2020中定义的SECoP协议标准已用于此设备。这将促进所有示例环境的互换性,因此它们可以在任何地方使用。对于要考虑生产这种快冷炉进行销售的公司而言,这非常重要。

SINE2020通过其资金支持开发了最新的示例环境改进。现在,可以在ISIS和世界其他中子源生产更多用于仪器的熔炉。

实际上,通过SINE2020合作,ILL已为其仪器的所有电阻炉生产了它们,并且冷却时间缩短了4倍。 ESS还可以确保将这些功能添加到其功能中,从而使他们能够从第一批中子开始快速高效地收集数据。

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