Miracles Instrument

MIRACLES será el espectrómetro de neutrones retrodispersos de tiempo de vuelo de la Fuente Europea de Espalación. ESS-Bilbao es el socio principal en el diseño, construcción, instalación y puesta en marcha del instrumento, con la colaboración cercana de la Universidad de Copenhague y de la Fuente Europea de Estalación.

OBJETIVOS

1.

 Proporcionar una gama de transferencia de energía de ℏ𝜔 ≈ 1 meV. 

2.

Intervalo dinámico de longitudes de onda de aproximadamente 1.5 Å centrados en la línea elástica. Resolución energía elástica variable, δ(ℏω).

3.

Mejor resolución energética alcanzable 2 µeV.

ALCANCE

MIRACLES será uno de los instrumentos largos de la ESS (162,5 m de la fuente a la muestra) localizados en el sector oeste. El diseño del espectrómetro primario (que adapta la energía y la forma del pulso de neutrones que llega a la muestra) se optimiza para transportar neutrones fríos con una energía de neutrón < 20 meV.

El núcleo del instrumento es el sistema de retrodispersión del sistema de análisis de muestras-detector. Se conseguirá la alta resolución mediante el analizador de panel de cobertura de 150º de 2,5 m de radio cubierto con cristales de silicio doblados. Un conjunto de detectores de 3He estará estratégicamente situado alrededor de la cámara de muestras para recolectar con eficiencia los neutrones retrodispersos, sin que afecte al rendimiento de alta resolución del espectrómetro.

MIRACLES proporcionará un rango de transferencia de energía de 𝜔 ≈ 1 meV, con un rango dinámico de longitud de onda de aproximadamente 1,5 Å centrado en la línea elástica, el mayor de cualquier espectrómetro de retrodispersión. Además, la energía incidente del espectrómetro se puede desplazar dentro del intervalo de neutrones fríos, de 0 a 20 meV, para permitir la medición de excitaciones inelásticas de baja energía.

Espectrómetro de retrodispersión

MIRACLES será el espectrómetro de neutrones retrodispersos de tiempo de vuelo de la Fuente Europea de Espalación. Servirá para revelar procesos dinámicos en un amplio rango de energía, tanto en lo que respecta a las ciencias de la vida, como a la de los polímeros, materiales para la generación de energía, estudios de magnetismo y mucho más. La configuración del largo espectrómetro primario de tiempo de vuelo y del gran espectrómetro secundario de retrodispersión ofrecerá una resolución en energía sin precedentes en espectrómetros de fuentes de neutrones basadas en acelerador, con un rendimiento y versatilidad excepcionales debido a la flexibilidad que permite ajustar la resolución en energía a partir de un gran rango dinámico y llevar a cabo experimentos de dispersión de neutrones cuasielásticos e inelásticos (QENS e INS) en una amplia gama de modos operativos.

Analizador

ESS Bilbao es el socio principal en el diseño, construcción y puesta en marcha del instrumento, con una estrecha colaboración entre ESS Bilbao, la Universidad de Copenhague y la Fuente Europea de Estalación.

El diseño del espectrómetro primario (que adapta la energía y la forma del pulso de neutrones que llega a la muestra) es en esencia sencillo, pero transporta de forma inteligente neutrones fríos con una longitud de onda de neutrones de entre 2 y 20 Å. El sistema de extracción del haz de neutrones se ha optimizado para una recolección y un transporte de neutrones eficientes, según la visión del moderador butterfly de la ESS. La guía presenta una curva, extendida por todo el búnker y la sala D03, para evitar la línea directa de visión de neutrones rápidos no deseados, minimizando así el fondo espectral.

Una característica clave del rendimiento del instrumento MIRACLES es la extraordinaria flexibilidad para cubrir una amplia gama de energía del haz de neutrones, lo que facilitará las muestras en experimentos de dispersión de neutrones cuasielásticos e inelásticos (QENS e INS), aprovechando el largo pulso de la fuente de neutrones ESS con una cascada de chopper optimizada para adaptar este pulso de neutrones y para seleccionar el rango de energía requerido.

El núcleo del instrumento es la geometría de retrodispersión del analizador-detector de muestras de este tipo de instrumentos. Se logrará una alta resolución utilizando un panel de cobertura de 150º de cristales doblados por el analizador de Si(111), con un radio fijo del analizador de 2,5 m. Una matriz de detectores 3He se ubicará estratégicamente alrededor de la cámara de muestras para recolectar eficientemente los neutrones retrodispersos, con trabajos recientes orientados a reducir a una dimensión mínima la distancia entre la muestra y los detectores, y a mejorar la geometría de retrodispersión.

La futura actualización incluirá la cobertura completa del analizador, con un analizador de Si(311) del mismo tamaño, al otro lado del contenedor, con el objetivo de explorar las mediciones QENS e INS de alta resolución centradas en energías más altas.

Espectrómetro

Espectrómetro

Sección Miracles

CASO CIENTÍFICO

El propósito del instrumento MIRACLES será proporcionar una visión de los procesos dinámicos en una amplia gama de campos, como las ciencias de la vida, la ciencia de los polímeros, los materiales para la generación de energía, y los magnetismos del final. Su diseño se orienta a la realización de experimentos de dispersión de neutrones cuasielásticos e inelásticos (QENS e INS) en una amplia gama de modos de operación, con un rendimiento y versatilidad sobresalientes gracias a su resolución de energía sintonizable a partir de un amplio rango dinámico.

Ciencias de la vida, dinámica molecular y dinámica del agua.

  • Enfermedades degenerativas: alzhéimer, párkinson, cáncer,…
  • Dinámica de proteínas y cinética enzimática.
  • Estudios farmacéuticos: aplicación / suministro de medicamentos.

Ciencias de la energía

  • Celdas de combustible y almacenamiento de H2.
  • Difusión de protones en los MOFs.
  • Catálisis.

Ciencias de polímeros

  • Viscoelasticidad.
  • Morfología-rendimiento de conexiones, por ejemplo, en aparatos electrónicos.

Entorno y cambio climático

  • Formación de hielo.
  • Cementos alternativos al pórtland.
  • Cenizas para gestión de residuos.

Materiales magnéticos de próxima generación

  • Nanoimanes moleculares.
  • Dinámicas de en nuevos materiales magnéticos (spin ice, acoplamiento spin-órbita grande…).

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