유럽 스프롤레이션 소스

European Spallation Source
유럽 스프롤레이션 소스 ERIC
ESS 로고
위치스웨덴 룬드
제안자에릭.
프로젝트 웹사이트ess.eu
상태공사중
유형리서치 연구소
시작일자2013
완료일자2025
중성자를 이용한 과학
Quark structure neutron.svg
파운데이션
중성자 산란
기타 응용 프로그램
사회 기반 시설
중성자 설비

유럽스팔레이션소스 ERIC(European Spallation Source ERIC)는 세계에서 가장 강력한 펄스 중성자 선원을 기반으로 한 다학제 연구시설이다.[1] 현재 스웨덴 룬드에 건설 중이다.[2] ESS 데이터 관리 및 소프트웨어 센터(DMSC)는 덴마크 코펜하겐에 위치하게 된다.[3] 유럽 13개 회원국은 ESS 구축과 운영의 파트너 역할을 하고 있으며,[4] ESS는 2023년부터 과학 사용자 프로그램을 시작해 2025년까지 건설 단계가 완료될 예정이다.[5] ESS는 세계에서 가장 강력한 차세대 중성자 공급원으로 과학자들이 다른 중성자 공급원에서 얻을 수 없는 기본적인 원자 구조와 시간 척도의 힘을 보고 이해할 수 있게 해줄 것이다.[6]

유럽 13개국이 소유하고 있는 이 연구 인프라는 맥스 IV 연구소 근처에 지어진다. 강력한 중성자 및 X선 설비의 코로케이션은 생산적인 전략이다(예: 유럽 싱크로트론 방사선 설비와 ISIS 중성자 및 무온 소스, 다이아몬드 광원과 함께 하는 ISIS 중성자 및 뮤온 소스). 중성자 및 X선 기술과 관련된 많은 지식, 기술 인프라 및 과학적 방법들올로기는 비슷하다.

이 시설은 2014년 여름 착공해 2023년 첫 과학성과가 나올 예정이다. 100개가 넘는 파트너 연구소의 과학자와 엔지니어들이 ESS 시설의 첨단 기술 설계를 업데이트하고 최적화하는 작업을 진행하면서 동시에 그 연구 잠재력을 극대화할 수 있는 방법을 모색하고 있다. 이들 파트너 연구소와 대학, 연구기관도 인-현물기여를 통해 인재, 지식, 장비, 재정지원 등에 기여하고 있다.

ESS는 중성자가 고에너지 양성자에 의해 무거운 원소로부터 해방되는 과정인 핵분열을 사용할 것이다. 이것은 본질적으로 우라늄 핵분열보다 훨씬 안전한 과정이다. 기존 시설과 달리 ESS는 '짧은 펄스'(마이크로초) 첨삭 선원이 아니며 스위스의 SINQ 시설과 같은 연속 선원이 아니라 '긴 펄스' 선원의 첫 번째 예(밀리초)이다).[7][8]

미래 설비는 양성자가 가속되어 회전하는 헬륨 냉각 텅스텐 표적과 충돌하는 선형 가속기로 구성된다. 이 과정에 의해 중성자의 강한 펄스가 생성된다. 텅스텐 주위에는 슈퍼미러 가이드를 공급하는 극저온 수소 욕조가 있다. 이것들은 광섬유와 유사한 방식으로 작용하여 중성자의 강렬한 빔을 실험 스테이션으로 유도하고, 다른 물질에 대한 연구가 행해진다. 많은 계기는 10년 이상의 발달로 이득을 얻으며, 긴 맥박의 장점을 극대화하기 위해 몇 가지 설계가 독특하다.

중성자 산란은 물리학, 화학, 지질학, 생물학, 의학의 영역에 걸쳐 다양한 과학 문제에 적용될 수 있다. 중성자는 물질의 구조와 기능을 현미경에서 원자 규모로 밝혀내는 독특한 탐사선 역할을 한다. 중성자를 연구에 사용하는 것은 사회의 요구에 부응하는 새로운 물질과 과정을 개발하는 것뿐만 아니라 우리 주변의 세계를 조사할 수 있게 해준다. 중성자는 큰 난제를 해결하고, 건강, 환경, 청정에너지, IT 등을 위한 새로운 솔루션을 개선하고 개발하는 데 자주 사용된다.

ESS는 2015년 10월 1일 유럽연구인프라 컨소시엄, 즉 ERIC가 되었다. 유럽스팔레이션소스 ERIC는 "중성자를 이용한 세계 최고의 연구시설을 건설하고 운영하는데 전념하는 유럽 공동기구"이다.

ESS는 탄소중립성을 갖도록 설계되었으며, 이 지역의2 CO 배출량을 줄일 것으로 기대된다.

비록 건설 프로젝트를 반쯤 넘겼지만, ESS는 이미 과학적으로 생산적인 조직이다. 세계 유수의 많은 전문가들이 직접 고용되거나 협업을 통해 이 프로젝트에 연계되어 있으며, 사회적 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 예를 들어 COVID-19의 단백질 구조 결정과 다른 과학자에 대한 디utation 서비스의 제공을 들 수 있다.

역사

1985년 IS 중성자 선원이 영국에 건설되었을 때, 분자 구조의 간접적인 이미지를 생산하는데 있어서 그것의 급진적인 성공은 결국 훨씬 더 강력한 분자 선원의 가능성을 높였다. 1993년까지, 유럽 중성자 산란 협회는 세계에서 가장 야심차고 넓은 염기성 발열원, ESS를 옹호하기 시작했다.[10]

중성자 과학은 곧 전세계 산업 및 소비자 제품의 개발에 중요한 도구가 되었다. 그만큼 경제개발기구는 1999년 북미, 아시아, 유럽에 각각 하나씩 새로운 세대의 고강도 중성자원을 건설해야 한다고 선언했다.[10] 유럽의 도전은 다양한 국가 정부들의 집합체였고 수천에 달하는 활발한 연구 커뮤니티였다. 2001년에, 핵폐기물 소각용 가속기 구동 시스템 개발을 위한 유럽의 로드맵은 ESS가 2010년에 사용자를 위해 빔을 사용할 수 있을 것으로 추정했다.[11] 2002년 유럽 국제 태스크포스(TF)가 본에 모여 조사 결과를 검토했고 ESS 구축을 위한 긍정적인 공감대가 형성됐다. 이해당사자 단체는 1년 뒤 만나 태스크포스의 진행상황을 검토했고, 2003년에는 2019년까지 운영을 시작하는 방향을 정하는 새로운 설계개념이 채택됐다.[10]

이후 5년 동안 경쟁적이면서도 협력적인 사이트 선정 과정이 진행되었고 스웨덴의 룬드가 선호되는 사이트로 선정되었다. 룬드의 최종 선정은 2009년 5월 28일 브뤼셀에서 발표되었다.[10] 2010년 7월 1일, ESS 스칸디나비아의 직원과 운영이 룬드 대학에서 룬드 지역의 유럽 스프롤레이션 소스를 설계, 건설, 운영하기 위해 설립된 유한 책임 회사인 '유럽 스프롤레이션 소스 ESS AB'로 이관되었다. 그 회사의 본사는 룬드 중심부에 위치해 있다.[12]

ESS는 2015년 10월 1일 유럽연구인프라 컨소시엄, 즉 ERIC가 되었다. 유럽 스프롤레이션 소스 ERIC의 창립 멤버는 체코, 덴마크, 에스토니아, 프랑스, 독일, 헝가리, 이탈리아, 노르웨이, 폴란드, 스페인, 스웨덴, 스위스, 영국이다.[13]

2013년 현재 설비의 예상 비용은 약 1.843 bn유로가 될 것이다. 개최국 스웨덴과 덴마크는 이 금액의 약 절반을 줄 계획이다. 그러나 모든 파트너의 정확한 기여에 대한 협상은 여전히 진행 중이다.[14] 2010년부터 2015년 9월 30일까지 ESS는 스웨덴의 Aktibolag, 즉 AB로 운영되었다.[10]

부지선택

당초에는 빌바오(스페인), 데브레센(헝가리), 룬드(스웨덴) 등 3개 ESS 사이트가 검토되고 있었다.[15]

2009년 5월 28일, 7개국은 스웨덴에 ESS를 배치할 것을 지지했다. 게다가 스위스와 이탈리아는 대다수의 지지를 표명했다.[16] 2009년 6월 6일 스페인은 빌바오 입후보를 철회하고 스웨덴과 협력협약을 체결하여 룬드를 주 사이트로 지원하였으나 주요 요소 개발 작업이 빌바오에서 이루어지고 있다. 이것은 ESS의 위치를 효과적으로 해결하였고, 참가국들 간의 세부적인 경제 협상이 현재 진행 중이다.[17] 헝가리도 2009년 12월 18일 룬드에서 ESS를 잠정적으로 지원하기로 결정하여 데브레센의 입후보를 철회하였다.[15][18]

2014년 초 착공해 그해 9월 기공식이 열렸다. 사용자 프로그램은 2023년에 시작되며 2025년까지 완전하게 운영될 계획이다.[5] ESS는 웹사이트를 통해 매주 건설 진행상황 업데이트와 실시간 건설현장 웹캠을 제공한다.

선형 가속기

ESS는 선형가속기[19](리낙)를 사용하여 75 keV에서 2 GeV로 이온원의 출구에서 양성자 빔을 가속하고, 가속기 양자의 입구에서 빛의 속도의 1%까지 이동하며, 가속기 끝에서는 빛의 최대 95% 속도에 도달한다. 가속기는 정상적인 전도성과 초전도성 충치를 모두 사용한다.

정상적인 전도성 충치는 무선 주파수 쿼드폴, RFQ이며, 352.21 MHz의 주파수로 작동하며, 양성자 빔을 3.62 MeV의 에너지까지 가속한다. 다음 구조물은 중 에너지 양성자 MEBT의 전송선으로, 추가 가속을 위해 RFQ에서 다음 구조로 빔을 전송한다. MEBT에서는 빔 특성을 측정하고 빔 주위의 가로 후광으로부터 빔을 청소하며, 빔 펄스의 머리와 꼬리도 횡단적으로 비껴가는 전자파 헬리콥터를 사용하여 청소한다. MEBT 다운스트림 구조인 드리프트 튜브 리낙, DTL은 빔을 90 MeV까지 가속시킨다. 이 에너지에서는 정상적인 전도 충치에서 초전도 충치로의 전환이 있다.

초전도성 캐비티 세 제품군은 빔을 2 GeV의 최종 에너지까지 가속하며, 처음에는 ~216 Mev의 에너지까지 이중 스포크 캐비티를 사용한 섹션, 그 다음 704.42 MHz의 주파수에서 중·고에너지 양성자 가속에 최적화된 타원형 캐비티 두 제품군이다. 타원형 공극에 이어 트랜스퍼 라인이 빔을 표적에 안내하고, 빔을 표적에 보내기 직전에 빔을 팽창시켜 더 큰 영역에 걸쳐 생성된 열을 발산하도록 표적을 도색한다.

라이낙 반복률은 14Hz이며 양자의 펄스는 2.86ms 길이로 라이낙의 듀티 계수가 4%가 된다. 펄스 내 빔 전류는 62.5mA이고, 평균 빔 전류는 2.5mA이다.

빔을 가속하고 집중하기 위해 동일한 구조와 필드를 사용하는 RFQ를 제외하고 양성자 빔의 횡방향 포커싱은 마그네틱 렌즈를 사용하여 수행된다. 이온원 직후의 저에너지 빔 수송에서는 자기 솔레노이드(Magnetic Solenoid)가 사용되고, DTL 영구 4중극 자석이 사용되며, 나머지 라이낙은 전자기 4중주를 사용한다.

분리 목표와 환경 영향

  • ESS 선원은 헬륨 가스로 냉각된 고체 텅스텐 표적을 중심으로 구축될 예정이다.[20][21][22]
  • 방사성 물질은 첨삭 공정으로 생성되지만 고체 표적은 액체 표적을 사용했을 때보다 이러한 물질의 취급이 쉽고 안전하게 한다.
  • ESS, E.on, Lunds Energi는 풍력 투자를 통해 이 설비가 세계 최초로 완전하게 지속 가능한 대규모 연구소가 될 수 있도록 목표로 하는 프로젝트에 협력하고 있다.[23] 이번 ESS 사업에는 나이스테드 풍력발전단지의 증축이 포함될 것으로 보인다.
  • 방사성 물질 저장과 운송이 요구되지만, 필요성은 원자로에 비해 훨씬 적다.
  • ESS는 CO-중립이2 될 것으로 예상한다.[24]
  • 최근의 설계 개선은 ESS에서의 에너지 사용을 감소시킬 것이다.[25][26]

중성자 산란 및 이미지 계측기(ESS

ESS는 건설 예산에 15개의 계기를 가지고 있다. 그들은 그렇다.

회절:

  • DREAM(Bispectral Powder Diffractometer)
  • 헤임달(하이브리드 디프랙토미터)
  • MAGiC(자기학 단일 결정 분산계)
  • NMX(고분자 결정학)

분광학:

  • 비프로스트(극한 환경 분광계)
  • CSP(냉간 헬리콥터 분광계)
  • MIRACLE (백스캐터링 분광계)
  • T-REX(Bispectral Chopper Spectrometer)
  • VESPA(Vibrational Spectrometer)

대규모 구조:

  • ESTIA(초점 반사계)
  • FREIA(액체 반사계)
  • LoKI(광대역 소각 중성자 산란)
  • SKADI(일반 용도 소각 중성자 산란)

엔지니어링 및 이미지:

  • BEER (엔지니어링 디프랙트로미터)
  • ODIN(다목적 이미징)

참고 항목

참조

  1. ^ "European Spallation Source - Homepage". ESS. 2014. Archived from the original on 17 May 2014. Retrieved 5 August 2014.
  2. ^ European Spallation Source. "Construction Site Weekly Updates". europeanspallationsource.se. Retrieved 17 July 2015.
  3. ^ European Spallation Source. "DMSC". europeanspallationsource.se. Retrieved 17 July 2015.
  4. ^ "ESS - Introduction". European Spalliation Source. 2013. Retrieved 11 March 2014.
  5. ^ a b European Spallation Source (April 2015). Activity Report 2015 (PDF). Lund: ESS. Archived from the original (PDF) on 21 July 2015. Retrieved 17 July 2015.
  6. ^ European Spallation Source. "Unique Capabilities of ESS". europeanspallationsource.se. Retrieved 17 July 2015.
  7. ^ Mezei, Ferenc (1996). "The raison d'être of long pulse spallation sources". Journal of Neutron Research. 6 (1–3): 3–32. doi:10.1080/10238169708200095.
  8. ^ Mezei, Ferenc (1997). "Long pulse spallation sources". Physica B: Condensed Matter. 234–236: 1227–1232. Bibcode:1997PhyB..234.1227M. doi:10.1016/S0921-4526(97)00271-8.
  9. ^ Rogstam, Annika; Nyblom, Maria (2020). "Crystal Structure of Non-Structural Protein 10 from Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2". International Journal of Molecular Sciences. 21 (19): 7375. doi:10.3390/ijms21197375. PMC 7583907. PMID 33036230.
  10. ^ a b c d e "The ESS Story". European Spallation Source. 2013. Retrieved 11 March 2014.
  11. ^ 유럽 원자력 폐기물 소각용 가속기 구동 시스템(ADS) 개발을 위한 로드맵 화질이 좋지 않은 예쁜 배치좋은 그림이 있는 보기 흉한 배치
  12. ^ "The European Spallation Source ESS". Europeanspallationsource.se. Retrieved 11 March 2014.
  13. ^ European Spallation Source ERIC (20 August 2015). "European Commission Establishes ESS as a European Research Infrastructure Consortium". European Spallation Source. ESS. Retrieved 22 January 2016.
  14. ^ FAQ 자금 및 비용 - ESS
  15. ^ a b "ESS Magyarország". Esshungary.eu. Archived from the original on 2014-03-11. Retrieved 11 March 2014.
  16. ^ "Clear support for ESS in Sweden: A great step for European science" (Press release). Ess-scandinavia.eu. May 29, 2009. Archived from the original on 7 June 2009.
  17. ^ "Swedish-Spanish agreement on ESS in Lund the beginning of a new collaborative phase" (Press release). Ess-scandinavia.eu. 10 June 2009. Archived from the original on 21 December 2009.
  18. ^ "Hungary will become the 14th Partner in the European Spallation Source research center. All three of the former site contenders now join forces to build the ESS in Sweden". Archived from the original on 21 December 2009.
  19. ^ Garoby, Roland; et al. (2018). "The European Spallation Source Design". Physica Scripta. 93 (1): 014001. Bibcode:2018PhyS...93a4001G. doi:10.1088/1402-4896/aa9bff.
  20. ^ Moormann, Rainer; Bongardt, Klaus; Chiriki, Suresh (28 March 2009). "Safety aspects of high power targets for European spallation sources" (PDF). Forschungszentrum Juelich. Retrieved 1 April 2009.[영구적 데드링크]
  21. ^ Moormann, Rainer; Reiche-Begemann, Sigrid (28 March 2009). "Safety and Licensing of the European Spallation Source (ESS)" (PDF). Forschungszentrum Juelich. Archived from the original (PDF) on 18 July 2011. Retrieved 1 April 2009.
  22. ^ Physics World. "Sights firmly set on target". Physics World. The Institute of Physics. Retrieved 22 January 2016.
  23. ^ "Our unique Sustainable Energy Concept". Archived from the original on 26 January 2012.
  24. ^ Videnskab DK. "Godt nyt for klimaet: Dansk-svensk forskningsanlæg vil være CO2-neutralt". Videnskab DK. Retrieved 22 January 2016.
  25. ^ European Spallation Source ERIC. "Innovation and Engineering Set ESS on Path to Sustainability". europeanspallationsource.se. ESS. Retrieved 22 January 2016.
  26. ^ Parker, T. "ESS Energy Design Report 2013" (PDF). europeanspallationsource.se. ESS. Archived from the original (PDF) on 27 January 2016. Retrieved 22 January 2016.

추가 읽기

  • S. 페그스 외 ESS 기술 설계 보고서, 2013년 4월.
  • 유럽 스프롤레이션 소스 유럽 스프롤레이션 소스 활동 보고서 2015, 2015년 4월.
  • 유럽 스프롤레이션 소스 기능 시리즈: ESS Instrument Suite, 2014-2015.
  • 2012년 O. O. Hallonsten. 소개: '약속'을 추구한다. O. Hallonsten (ed.) 약속을 좇는 중: 스웨덴 룬드(pp 11–19)에서 유럽 스프롤레이션 소스(ESS)를 구축하기 위한 정치적 과정에 대한 관점. Lund: Arciv Academic Press, 2012, 페이지 12.
  • Prolingheuer, N.; Herbst, M.; Huel-Fabianek, B.; Moormann, R.; Navbi, R.; Schlögl, B., Vanderbright, J. 2009: 가속기 현장의 활성화된 지하수의 선량률 추정. 핵기술, 제168권, 2009년 12월 3일 페이지 924-930
  • Heuel-Fabianek, B. 2014: 지하수 방사성핵종의 운송 프로세스 모델링을 위한 파티션 계수(Kd) (PDF; 9,4 MB) JURL-베리히테, Forschungszentrum Jülich, 2014, Nr. 4375, 2014, ISSN 0944-29552)
  • T. 파커. ESS 환경 설계 보고서, 2013년 1월.

외부 링크

좌표: 55°44′06″N 13°15′05″e / 55.7350°N 13.2514°E / 55.7350; 13.2514