Linea di fascio

Beamline in un acceleratore di particelle

Negli acceleratori di particelle la linea di luce è di solito alloggiata in un tunnel e/o sottoterra, all'interno di un alloggiamento di cemento. La linea di fascio è solitamente cilindrica in metallo. I nomi tipici includono, beam pipe, e/o una sezione vuota chiamata drift tube. Questa intera sezione deve essere sotto un buon vuoto per far viaggiare il fascio per una lunga distanza.

Una squadra di rilevamento e allineamento allinea accuratamente i segmenti delle linee di luce utilizzando un laser tracker. Tutte le linee di fascio devono essere entro una tolleranza micrometrica. Un buon allineamento aiuta a prevenire la perdita del fascio e la collisione del fascio con le pareti del tubo, che crea emissioni e/o radiazioni secondarie.

È impossibile vedere il tubo del fascio su questa linea di luce. Tuttavia la sezione del grande beam pipe è usata con un sistema a griglia per l'allineamento con un laser, noto come laser pipe. Questa particolare linea di fascio è lunga circa 3 chilometri.

Linea di fascio della radiazione di sincrotrone

Per quanto riguarda i sincrotroni, una linea di fascio è la strumentazione che porta fasci di radiazione di sincrotrone a una stazione finale sperimentale, che utilizza la radiazione prodotta dai magneti di flessione e dai dispositivi di inserimento nell'anello di accumulazione di una sorgente di luce di sincrotrone. Un'applicazione tipica per questo tipo di linea di luce è la cristallografia. Gli scienziati usano la luce di sincrotrone anche in molti altri modi.

Un grande laboratorio di sincrotrone avrà molte linee di fascio, ciascuna ottimizzata per un particolare campo di ricerca. Le differenze dipenderanno dal tipo di dispositivo di inserimento (che, a sua volta, determina l'intensità e la distribuzione spettrale della radiazione); l'attrezzatura di condizionamento del fascio; e la stazione finale sperimentale. Una tipica linea di fascio in un moderno sincrotrone sarà lunga da 25 a 100 m (da 82 a 328 piedi) dall'anello di stoccaggio alla stazione finale, e può costare fino a milioni di dollari. Per questo motivo, un impianto di sincrotrone è spesso costruito in fasi, con le prime linee di luce all'inizio del funzionamento, e altre linee di luce aggiunte in seguito, quando i finanziamenti lo permettono.

Gli elementi della linea di fascio sono in recinti di schermatura delle radiazioni, chiamati hutch, che hanno le dimensioni di una piccola stanza (cabina). Una tipica linea di luce consiste di due hutch, una hutch ottica per gli elementi di condizionamento del fascio e una hutch sperimentale, che ospita l'esperimento. Tra una hutch e l'altra, il fascio viaggia in un tubo di trasporto. Le persone non possono entrare nelle hutch quando l'otturatore del fascio è aperto e la radiazione può entrare nella hutch. Le hutch hanno complessi sistemi di sicurezza con funzioni di interblocco ridondanti per assicurarsi che nessuno sia all'interno della hutch quando la radiazione è accesa. Il sistema di sicurezza spegne anche il fascio di radiazioni se la porta della hutch viene accidentalmente aperta quando il fascio è acceso. In questo caso, il fascio viene spento scaricando il fascio di elettroni che circola nel sincrotrone. Quindi, l'apertura di una porta spegnerà tutte le linee di fascio nella struttura.

Gli sperimentatori utilizzano i seguenti elementi che sono usati nelle linee di luce per condizionare il fascio di radiazioni tra l'anello di accumulazione e la stazione finale:

• Finestre - sottili fogli di metallo, spesso berillio, che trasmettono quasi tutto il fascio, ma proteggono il vuoto all'interno dell'anello di stoccaggio dalla contaminazione
• Fessure - che controllano la larghezza fisica del fascio e la sua diffusione angolare
• Specchi di focalizzazione - uno o più specchi, che possono essere piatti, piegati-piatti o toroidali, che aiutano a collimare (focalizzare) il fascio
• Monocromatori - dispositivi basati sulla diffrazione da cristalli che selezionano particolari bande di lunghezza d'onda e assorbono altre lunghezze d'onda, e che sono talvolta sintonizzabili su lunghezze d'onda variabili, e talvolta fissate su una particolare lunghezza d'onda
• Tubi spaziatori - tubi di mantenimento del vuoto che forniscono lo spazio adeguato tra gli elementi ottici e schermano qualsiasi radiazione diffusa
• Fasi del campione - per montare e manipolare il campione in studio e sottoporlo a varie condizioni esterne, come la variazione della temperatura, della pressione ecc.
• Rilevatori di radiazione - per misurare la radiazione che ha interagito con il campione

La combinazione di dispositivi di condizionamento del fascio controlla il carico termico (riscaldamento causato dal fascio) alla stazione finale; lo spettro della radiazione incidente alla stazione finale; e la messa a fuoco o la collimazione del fascio. I dispositivi lungo la linea di luce che assorbono una potenza significativa dal fascio possono aver bisogno di essere raffreddati attivamente con acqua o azoto liquido. L'intera lunghezza di una linea di fascio è normalmente tenuta in condizioni di ultra alto vuoto.

All'interno della hutch dell'Optical Diagnostic Beamline (ODB) all'Australian Synchrotron; la linea di luce termina alla piccola apertura nella parete posteriore


Il funzionamento a vista di una linea di luce a raggi X morbidi e di una stazione terminale al Sincrotrone australiano

Linea di fascio di neutroni

Una stazione finale sperimentale in un impianto di neutroni è chiamata beamline di neutroni. Superficialmente, le linee di luce di neutroni differiscono dalle linee di luce di sincrotrone soprattutto per il fatto che usano neutroni da un reattore di ricerca o da una sorgente di spallazione invece di fotoni. Gli esperimenti di solito misurano lo scattering di neutroni dal campione in studio.

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