In der Beschleunigerphysik bezieht sich eine Strahllinie auf die Flugbahn des Strahls beschleunigter Teilchen, einschließlich der Gesamtkonstruktion des Wegsegments (Vakuumröhre, Magneten, Diagnosegeräte) entlang eines bestimmten Weges eines Beschleunigers Einrichtung. Dieser Teil ist entweder
Strahllinien enden normalerweise in Versuchsstationen, die Teilchenstrahlen oder Synchrotronlicht verwenden, das von einem Synchrotron oder Neutronen aus einer Spallationsquelle oder einem Forschungsreaktor erhalten wird. Beamlines werden in Experimenten in der Teilchenphysik, Materialwissenschaft, Chemie und Molekularbiologie eingesetzt.
Strahllinie in einem Teilchenbeschleuniger [ edit ]
Bei Teilchenbeschleunigern ist die Strahllinie normalerweise in einem Tunnel und / oder einem Untergrund untergebracht, der in einem Betongehäuse untergebracht ist. Die Strahllinie ist normalerweise ein zylindrisches Metallrohr, typischerweise als Strahlrohr und / oder als Driftrohr bezeichnet, das auf ein Hochvakuum evakuiert ist, so dass sich nur wenige Gasmoleküle im Weg befinden einen Strahl beschleunigter Teilchen treffen, der sie zerstreuen würde, bevor sie ihr Ziel erreichen.
Auf der Strahllinie befinden sich spezialisierte Geräte und Geräte, die zur Erzeugung, Wartung, Überwachung und Beschleunigung des Teilchenstrahls verwendet werden. Diese Geräte können sich in der Nähe der Strahllinie befinden oder an ihr befestigt sein. Zu diesen Geräten gehören hochentwickelte Wandler, Diagnosefunktionen (Positionsüberwachungsgeräte und Drahtscanner), Linsen, Kollimatoren, Thermoelemente, Ionenpumpen, Ionenmessgeräte, Ionenkammern (manchmal als "Strahlverlustüberwachungsgeräte" bezeichnet), Vakuumventile ("Isolationsventile") und Gate Ventile, um nur einige zu nennen. Es gibt auch Wasserkühlvorrichtungen zum Kühlen der Dipol- und Quadrupolmagneten. Überdruck, wie er durch Druckluft erzeugt wird, reguliert und steuert die Vakuumventile und Manipulatoren in der Strahllinie.
Es ist unbedingt erforderlich, dass alle Strahllinienabschnitte, Magnete usw. von einem Vermessungs- und Ausrichtungspersonal mit einem Lasertracker ausgerichtet werden. Alle Strahllinien müssen innerhalb einer Mikrometer-Toleranz liegen. Durch eine gute Ausrichtung wird verhindert, dass Strahlverluste auftreten und der Strahl mit den Rohrwänden kollidiert, wodurch sekundäre Emissionen und / oder Strahlung entstehen.
Synchrotronstrahlungsstrahllinie [ edit ]
Bezüglich der Synchrotrons kann sich die Strahllinie auch auf die Instrumentierung beziehen, die Synchrotronstrahlungsstrahlen zu einer experimentellen Endstation führt, die die durch das Biegen erzeugte Strahlung verwendet Magnete und Einfügevorrichtungen im Speicherring einer Synchrotronstrahlungsanlage. Eine typische Anwendung für diese Art von Strahllinie ist die Kristallographie, obwohl viele andere Techniken unter Verwendung von Synchrotronlicht existieren.
In einer großen Synchrotron-Anlage wird es viele Strahllinien geben, die jeweils für ein bestimmtes Forschungsgebiet optimiert sind. Die Unterschiede hängen von der Art der Einführungsvorrichtung ab (die wiederum die Intensität und die spektrale Verteilung der Strahlung bestimmt); die Strahlkonditionierungsausrüstung; und die experimentelle Endstation. Eine typische Strahllinie in einer modernen Synchrotron-Anlage wird vom Speicherring bis zur Endstation 25 bis 100 m lang sein und kann bis zu Millionen US-Dollar kosten. Aus diesem Grund wird eine Synchrotron-Einrichtung häufig in Stufen errichtet, wobei die ersten Strahllinien am ersten Betriebstag geöffnet werden und andere Strahllinien später hinzugefügt werden, sofern die Finanzierung dies zulässt.
Die Strahllinienelemente befinden sich in strahlenabschirmenden Gehäusen, so genannten Hütten, die die Größe eines kleinen Raums (Kabine) haben. Eine typische Strahllinie besteht aus zwei Hütten, einem optischen Behälter für die Strahlkonditionierungselemente und einem experimentellen Behälter, in dem das Experiment untergebracht ist. Zwischen den Hütten läuft der Strahl in einem Transportrohr. Der Zugang zu den Hütten ist verboten, wenn der Strahlverschluss geöffnet ist und Strahlung in den Stall gelangen kann. Dies wird durch die Verwendung von ausgeklügelten Sicherheitssystemen mit redundanten Verriegelungsfunktionen sichergestellt, die sicherstellen, dass sich niemand beim Einschalten der Strahlung im Stall befindet. Das Sicherheitssystem schaltet auch den Strahlungsstrahl ab, wenn die Tür zum Stall bei eingeschaltetem Strahl versehentlich geöffnet wird. In diesem Fall wird der Strahl abgeladen, was bedeutet, dass der gespeicherte Strahl in ein Ziel umgeleitet wird, das dazu dient, seine Energie zu absorbieren und zu enthalten.
Elemente, die von den Experimentatoren in Strahllinien zur Aufbereitung des Strahlungsbündels zwischen dem Speicherring und der Endstation verwendet werden, umfassen die folgenden:
- Fenster - dünne Bleche aus Metall, oft Beryllium, die fast den gesamten Strahl durchlassen, das Vakuum im Speicherring jedoch vor Verschmutzung schützen ] Fokussierspiegel - ein oder mehrere Spiegel, die flach, gebogen oder toroidal sein können, wodurch der Strahl kollimiert (fokussiert) werden kann
- Monochromatoren - Geräte, die auf der Beugung durch Kristalle basieren, die bestimmte Wellenlängenbereiche auswählen und andere Wellenlängen absorbieren und die manchmal auf unterschiedliche Wellenlängen einstellbar und manchmal auf eine bestimmte Wellenlänge fixiert sind.
- Distanzröhren - vakuumerhaltende Röhren, die den richtigen Abstand zwischen optischen Elementen bereitstellen und jegliche Streustrahlung abschirmen die untersuchte Probe und verschiedene äußere Bedingungen, z. B. Temperatur, Druck usw., unterworfen.
- Strahlungsdetektoren - zur Messung der Strahlung hat mit der Probe zusammengearbeitet
Die Kombination von Strahlkonditioniervorrichtungen steuert die thermische Belastung (Erwärmung durch den Strahl) an der Endstation; das Spektrum der an der Endstation einfallenden Strahlung; und der Fokus oder die Kollimation des Strahls. Geräte entlang der Strahllinie, die eine signifikante Leistung aus dem Strahl absorbieren, müssen möglicherweise durch Wasser oder flüssigen Stickstoff aktiv gekühlt werden. Die gesamte Länge einer Strahllinie wird normalerweise unter Ultrahochvakuumbedingungen gehalten.
Software für die Strahllinienmodellierung [ edit ]
Obwohl das Design einer Synchrotronstrahlungsstrahllinie als eine Anwendung von Röntgenoptiken angesehen werden kann, gibt es spezielle Werkzeuge zur Modellierung des x - Strahlenausbreitung entlang der Strahllinie und deren Interaktion mit verschiedenen Komponenten. Es gibt Raytracing-Codes wie Shadow und McXTrace, die den Röntgenstrahl in der geometrischen Optikgrenze behandeln, und dann gibt es eine Wellenausbreitungssoftware, die die Beugung und die intrinsischen wellenartigen Eigenschaften der Strahlung berücksichtigt. Zum Verständnis der vollständigen oder teilweisen Kohärenz der Synchrotronstrahlung müssen die Welleneigenschaften berücksichtigt werden. Die Codes SRW und Spectra beinhalten diese Möglichkeit.
Neutron Beamline [ edit ]
Eine experimentelle Endstation in einer Neutronenanlage wird als Neutronenstrahllinie bezeichnet. Oberflächlich gesehen unterscheiden sich Neutronenstrahllinien von Synchrotronstrahlungsstrahllinien meistens dadurch, dass sie Neutronen aus einem Forschungsreaktor oder einer Spallationsquelle anstelle von Photonen verwenden. Die Experimente messen üblicherweise die Neutronenstreuung der untersuchten Probe.
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