欧州の核破砕源

欧州核破砕源ERIC

科学的目的: 生物学、化学、物理学、工学の分野にわたる材料の構造と特性に関する独自の情報を提供します。
位置	ルンド、スウェーデン
提案者	エリック
プロジェクトウェブサイト	ess.eu
状態	工事中
タイプ	研究室
開始日	2013
完了日	2025

欧州核破砕源ERIC（ESS）は、現在スウェーデンのルンドに建設中の多分野にわたる 研究施設です^[1]。^{[2]データ管理およびソフトウェアセンター（DMSC）は、デンマークの}リンビーにあるDTUと共存しています。^{[3] [4] [5]} 13のヨーロッパの貢献国がESSの建設と運用のパートナーです。^[6] ESSは、建設フェーズが完了する予定の2027年に科学ユーザープログラムを開始する予定です。^[7] ESSは、長さと時間スケールの点で他の中性子源ではより困難な基本的な原子構造と力の観察と理解のタスクで科学者を支援します。 ^{[8]研究施設は、}シンクロトロン放射研究を行うMAX IV研究所の近くにあります。施設の建設は2014年夏に始まり、最初の科学的成果は2027年に計画されています。

ESSは、運転中、高エネルギー陽子によって重元素から中性子を解放するプロセスである核破砕を使用します。このプロセスは、反応が簡単に停止できる外部エネルギー供給を必要とするため、ウラン核分裂よりも安全なプロセスであると考えられています。この施設は、「長パルス」源（ミリ秒）の例です。^{[9] [10]}さらに、核破砕は、核分裂よりも、一定の廃熱量に対してより多くの利用可能な中性子を生成します。

この施設は線形加速器で構成されており、そこで陽子が加速されて回転するヘリウム冷却タングステンターゲットに衝突し、強力な中性子パルスを発生させます。タングステンの周囲には極低温水素の槽があり、そこから中性子スーパーミラーガイドに中性子が供給されます。この装置は光ファイバーと同様に機能し、中性子ビームを実験ステーションに導き、さまざまな材料の研究が行われます。

中性子散乱は、物理学、化学、地質学、生物学、医学のさまざまな科学的探究に応用できます。中性子は、微視的レベルから原子レベルまでの物質の構造と機能を明らかにするためのプローブとして機能し、新しい材料やプロセスの開発につながる可能性があります。^[11]

建設中、ESS は 2015 年 10 月 1 日に欧州研究インフラストラクチャ コンソーシアム (ERIC) になりました。

欧州投資銀行はESSに5000万ユーロを投資した。この投資は、 EUの研究イノベーションプログラムであるホライズン2020の下でEIBグループが欧州委員会と協力して設立したイニシアチブであるInnovFin-EU Finance for Innovators ^[12]によってサポートされている。^{[13] [14]}

1985年にイギリスでISIS中性子源が建設されると、分子構造の間接画像の生成に成功したことで、さらに強力な核破砕源の可能性が高まりました。1993年までに、欧州中性子散乱協会は新しい核破砕源の建設を提唱し始め、このプロジェクトは最終的にESSとして知られるようになりました。^[15]

中性子科学はすぐに世界中の工業製品や消費者製品の開発に不可欠なツールとなった。そのため、経済開発機構（OECD）は1999年に、北米、アジア、ヨーロッパにそれぞれ1つずつ、新世代の高強度中性子源を建設すべきであると宣言した。^[15]ヨーロッパの課題は、多様な国の政府と、数千に及ぶ活発な研究コミュニティであった。2001年、核廃棄物焼却用の加速器駆動システムの開発に関するヨーロッパのロードマップでは、ESSのビームが2010年にユーザーに提供されると見積もられていた。 ^[16] 2002年にドイツのボンに集まったヨーロッパの国際タスクフォースは調査結果を検討し、ESSを建設するという前向きなコンセンサスが生まれた。1年後、利害関係者グループがタスクフォースの進捗状況を検討するために会合し、2003年に新しい設計コンセプトが採用され、2019年までに運用を開始する方向が定められた。^[15]

その後5年間にわたる選定プロセスにより、ESSの設置場所としてスウェーデンのルンドが選ばれ、ルンドが最終的に選定されたことが2009年5月28日にベルギーのブリュッセルで発表された。^{[15] 2010年7月1日、ESSスカンジナビアのスタッフと運営は}ルンド大学から「European Spallation Source ESS AB」に移管された。同社はルンドのEuropean Spallation Sourceの設計、建設、運営を行うために設立された有限責任会社である。同社の本社はルンド中心部にある。^[17]

ESSは2015年10月1日に欧州研究インフラコンソーシアム（ERIC）となった。欧州核破砕源ERICの創設メンバーは、チェコ共和国、デンマーク、エストニア、フランス、ドイツ、ハンガリー、イタリア、ノルウェー、ポーランド、スペイン、スウェーデン、スイス、イギリスである。^[18]

2013年時点で、施設の推定コストは約18億4,300万ユーロ（または19億5,800万ドル）です。ホスト国のスウェーデンとデンマークは、それぞれ約半分の金額を負担する予定です。ただし、各パートナーからの正確な負担額に関する交渉はまだ進行中です。^{[19] 2010年から2015年9月30日まで、ESSはスウェーデンの}aktiebolag（AB）として運営されていました。 ^[15]

当初、ESSの設置候補地としてビルバオ（スペイン）、デブレツェン（ハンガリー）、ルンド（スウェーデン）の3カ所が検討されていた。^[20]

2009年5月28日、7カ国がESSをスウェーデンに設置することを支持すると表明した。さらに、スイスとイタリアも多数派でその場所を支持すると表明した。^[21] 2009年6月6日、スペインはビルバオの候補地を撤回し、スウェーデンと協力協定を締結し、ルンドを主要場所として支持したが、主要コンポーネントの開発作業はビルバオで行われることとした。これにより、ESSの場所が事実上決定され、参加国間で詳細な経済交渉が行われた。^[22] 2009年12月18日、ハンガリーも暫定的にルンドのESSを支持することを選択、これによりデブレツェンの候補地を撤回した。^{[20] [23]}

施設の建設は2014年初頭に始まり、同年9月にイベントが開催された。利用者プログラムは2027年に開始される予定。 ^[7]この施設へは、スウェーデンで1世紀以上ぶりの新路面電車システム であるルンド路面電車でアクセスできる。

ESSは線形加速器^[24]（リニアック）を使用して、イオン源の出口から75keVの陽子ビームを2GeVまで加速します。加速器の入口では陽子は光速の約1％で移動し、加速器の端では光速の約95％の速度に達します。加速器は常伝導空洞と超伝導空洞の両方を使用します。

常伝導空洞は高周波 四重極（RFQ）で、 352.21 MHzの周波数で動作し 、陽子ビームを3.62 MeVのエネルギーまで加速します。次の構造は中エネルギー陽子用の輸送ライン（MEBT）で、ビームをRFQから次の構造に輸送してさらに加速します。MEBTでは、ビームの特性が測定され、ビームの周りの横方向のハローが除去され、横方向に偏向する電磁チョッパーを使用してビームパルスの先頭と末尾が除去されます。ドリフトチューブ線形加速器（DTL）は、MEBTの下流の構造で、ビームをさらに約90 MeVまで加速します。このエネルギーで、常伝導空洞から超伝導空洞への移行が起こります。

3 種類の超伝導空洞がビームを最終エネルギー 2 GeV まで加速します。最初はダブルスポーク空洞を使用してエネルギーを約 216 Mev まで上げ、次に 704.42 MHz の周波数で中高エネルギー陽子加速用に最適化された 2 種類の楕円空洞を使用します。楕円空洞の後は、転送ラインがビームをターゲットに導き、ビームをターゲットに送って破砕中性子を生成する直前にビームを拡張してターゲットを覆い、発生した熱をより広い領域に分散させます。

リニアックの繰り返し周波数は14 Hz、陽子パルスの長さは2.86 msで、リニアックのデューティ係数は4%です。パルス内のビーム電流は62.5 mA、平均ビーム電流は2.5 mAです。

同じ構造と磁場を使用してビームを加速および集束する RFQ を除き、陽子ビームの横方向の集束は磁気レンズを使用して実行されます。イオン源の直後の低エネルギー ビーム輸送では磁気ソレノイドが使用され、DTL では永久四極 磁石が使用され、線形加速器の残りの部分では電磁四極子が使用されます。

• ESS源はヘリウムガスで冷却された固体タングステンターゲットの周りに構築される。^{[25] [26] [27]}
• 核破砕プロセスによって放射性物質が生成されますが、固体ターゲットを使用すると、液体ターゲットを使用する場合よりも放射性物質の取り扱いが容易になり、安全になります。
• ESS、E.on、Lunds Energiは、風力発電への投資を通じて、この施設を世界初の完全に持続可能な大規模研究センターにすることを目指すプロジェクトで協力している。^{[28] ESSプロジェクトには、} Nysted Wind Farmの拡張が含まれる予定である。
• 放射性物質の貯蔵と輸送は必要となるが、その必要性は原子炉に比べるとはるかに少ない。
• ESSはCO2ニュートラルになることを期待しています_。 [ ^29]
• 最近の設計改良によりESSのエネルギー使用量は減少するだろう。^{[30] [31]}

目標ステーションは、四方八方に科学機器が配置された機器ホールに囲まれている。^[32]西側セクションでは、科学機器は目標ステーションの中心から156メートルの位置にある。南側ではその距離は50〜80メートルで、目標ステーションに最も近い科学機器は北側と東側のセクションにある。^[32]

当初は15種類の科学機器が設置される予定である。^[33]

大規模構造物:

• ODIN（イメージング）^[33]
• SKADI (汎用SANS ) ^[33]
• LoKI（ブロードバンドSANS）^[33]
• FREIA (水平反射率計) ^[33]
• ESTIA（垂直反射計）^[33]

回折：

• HEIMDAL (粉末回折装置) ^[33]
• DREAM（粉末回折計）^[33]
• BEER（工学回折計）^[33]
• MAGiC（磁性回折計）^[33]
• NMX（高分子回折計）^[33]

分光法:

• CSPEC（コールドチョッパー分光計）^[33]
• T-REX（サーマルチョッパー分光計）^[33]
• BIFROST（結晶分析装置分光計）^[33]
• VESPA（振動分光計）^[33]
• ミラクルズ（後方散乱分光計）^[33]

欧州核破砕源ニュートリノスーパービーム（ESSnuSB）プロジェクトは、第2ニュートリノ振動極大におけるレプトンCP対称性の破れを測定することを目的としており、第1極大よりも高い感度を提供する。10年間のデータ収集の後、ESSnuSBは5σ信頼水準でCP対称性の破れの位相範囲の70％以上をカバーし、すべてのδCP値で8°を超える精度を達成すると予想されている。ESSnuSB+拡張プロジェクトは、系統的不確実性に対処するために、0.2〜0.6 GeVのエネルギー範囲でニュートリノ核断面積を測定することに重点を置いている。これは、低エネルギーnuSTORM（LEnuSTORM）と低エネルギーモニターニュートリノビーム（LEMNB）という2つの新しい施設を使用して達成される。このプロジェクトには、ターゲットステーションプロトタイプ、共通近接検出器の開発、ガドリニウム添加水チェレンコフ検出器の研究も含まれる。^{[34] [35]}

• ISIS中性子源– ヨーロッパ唯一のパルス核破砕源
• J-PARC – 日本にある世界最強の核破砕源
• MAX IV – ルンドのシンクロトロン放射施設
• 核破砕中性子源

• S. Peggs 他 ESS 技術設計レポート、Wayback Machineで 2015 年 7 月 15 日にアーカイブ、2013 年 4 月。
• 欧州核破砕源。欧州核破砕源活動報告書 2015 年、2015 年 4 月。
• 欧州核破砕源。特集シリーズ: ESS 機器スイート、2014～2015 年。
• Hallonsten, O. 2012. 序文: 約束の追求。O. Hallonsten (編) 『約束の追求: スウェーデン、ルンドにおける欧州核破砕源 (ESS) 設立に向けた政治プロセスの展望』(pp. 11–19)。ルンド: Arkiv Academic Press、2012 年、p. 12。
• Prolingheuer, N.; Herbst, M.; Heuel-Fabianek, B.; Moormann, R.; Nabbi, R.; Schlögl, B., Vanderborght, J. 2009:「加速器施設における放射化地下水からの線量率の推定」原子力技術、第 168 巻、第 3 号、2009 年 12 月、924 ～ 930 ページ。
• Heuel-Fabianek、B. 2014: 地下水中の放射性核種の輸送プロセスのモデル化のための分配係数 (Kd) (PDF; 9,4 MB) JÜL-Berichte、Forschungszentrum Jülich、Nr. 4375、2014、ISSN 0944-2952。
• T. パーカー。ESS 環境デザインレポート、2013 年 1 月。

• European Spallation Source の Web サイト。ESS プロジェクトに関する最新情報のソースです。
• ESS の建設と建設現場のライブ ウェブカメラの毎週の更新。
• essworkshop.org – 将来の ESS-Scandinavia の計装設計がどのように進んでいるかをご覧ください。
• BrightnESS、ESS を支援する EU 助成金プロジェクト。
• SREss、ESS を支援する EU 助成金プロジェクト。

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