ISIS 中性子およびミューオン源

ISIS 中性子およびミューオン源
位置：	ラザフォード・アップルトン研究所、イギリス
科学的目的:	物理学、化学、材料科学、工学、生物学などの研究に中性子とミューオンを使用する約 3,000 人の科学者の国内外コミュニティをサポートします。
組織：	英国研究イノベーション機構の一部門である科学技術施設評議会が所有・運営しています。
Webサイト：	イギリス

ISIS中性子およびミューオン源は、英国オックスフォードシャー州ハーウェル科学イノベーションキャンパスにある科学技術施設協議会のラザフォードアップルトン研究所に 1984 年に設立されたパルス中性子およびミューオン源です。ミューオン分光法と中性子散乱の技術を使用して、亜原子から高分子までの微視的スケールで 凝縮物質の構造とダイナミクスを調査します。

この施設では、物理学、化学、材料工学、地球科学、生物学、考古学など、さまざまな科学分野の世界中の研究者によって毎年何百もの実験が行われています。^[1]

中性子は原子の非電荷成分であり、原子核からのみ偏向し、物質をよく透過します。サンプルを越えたさまざまな位置での偏向中性子の統計的蓄積を使用して、物質の構造を見つけることができます。また、中性子によるエネルギーの損失または獲得により、固体内の拡散プロセスなど、サンプルの一部の動的動作を明らかにすることができます。ISIS では、シンクロトロンで陽子の「束」を加速し、これをタングステンターゲットに衝突させることで中性子が生成されます。このとき、160 kW の陽子ビームからの熱を消散させるために一定の冷却負荷がかかっています。衝突により中性子がタングステン原子から剥離し、中性子はガイドまたはビームラインを通って、中性子ビームと物質の間のさまざまな種類の相互作用を研究するためにそれぞれ個別に最適化された約 20 台の機器に送られます。ターゲットステーションとほとんどの機器は大きなホールに設置されています。中性子は危険な放射線であるため、ターゲットとビームラインはコンクリートで厳重に遮蔽されています。^[要出典]

ISIS 中性子およびミューオン源は、陽子ビームの一部をグラファイトターゲットに衝突させてミューオンを生成し、パイオンを生成して急速にミューオンに崩壊させ、スピン偏極ビームでサンプルステーションに送ります。^{[引用が必要]}

このビーム源は1977年にハーウェルキャンパスのRALサイト用に承認され、以前はニムロッド加速器が使用していた加速器ホールを含む、以前の英国の科学プログラムのコンポーネントを再利用しました。最初のビームは1984年に生成され、施設は1985年10月に当時の首相マーガレット・サッチャーによって正式にオープンしました。 ^{[2] [1] [3]}

ISIS という名前は頭字語ではありません。古代エジプトの女神とテムズ川の現地名に由来しています。この名前は 1985 年の施設の公式オープン時に選ばれました。それ以前は SNS、つまり Spallation Neutron Source と呼ばれていました。Isis は死者を蘇らせることができる女神であり、ISIS はNimrodおよびNINA加速器用に以前に構築された装置を使用していたため、この名前は適切であると考えられました。

2番目のターゲットステーションは、2003年に当時の科学大臣セインズベリー卿から資金提供を受け、2009年に予定通り予算通りに完成し、7つの機器が設置されました。2011年3月、科学大臣デイビッド・ウィレットは、 4つの新しい機器を建造するために2100万ポンド^{[4]を投資しました。現在[いつ? ]、}すべての機器が試運転段階にあるか、完全に予定通りの機器となっています。^[1]

ISIS中性子・ミューオン源は当初20年間（1985年から2005年）の運用寿命が見込まれていたが、継続的な成功により改修とさらなる投資が行われ、施設の改良とISISの寿命を2030年まで延長することが意図された。^[5]

2017年から2018年の年次報告書によると、STFCはISISパルス中性子源と関連する第2ターゲットステーションの終了は2040年になると予想しており、廃止には55年かかると見込んでいる。放射性廃棄物の処分費用は900万ポンドから1600万ポンドの範囲となる可能性がある。^{[6] : 51}

ISIS 中性子およびミューオン源は、科学技術施設協議会(旧CCLRC ) によって管理および運営されています。科学技術施設協議会 (STFC) は、英国研究イノベーションの一部です。実験時間は資金提供国の学術ユーザーに開放されており、年 2 回の「提案募集」を通じて申請されます。研究割り当て、つまり「ビーム時間」は、ピア レビュー プロセスを通じて申請者に割り当てられます。ユーザーとその親機関は、1 日あたり 1 台あたり最大 11,000 ポンドかかる施設の運営費を負担しません。英国の大学関係者には、交通費と生活費が支給されます。ほとんどのユーザーは、施設近くのホテル、リッジウェイ ハウス、またはアビンドンにある STFC 運営の会議センター、コセナーズ ハウスに宿泊します。毎年、1,600 人のユーザーによる 600 件を超える実験が完了しています。

多数のサポートスタッフが施設を運営し、ユーザーを支援し、研究を行っています。制御室には年中無休で 24 時間体制でスタッフが配置されています。機器科学者は各機器の稼働を監視し、ユーザーと連絡を取ります。他の部門はサンプル環境、データ分析、コンピューティングの専門知識を提供し、加速器を保守し、教育プログラムを運営します。ISIS は、データ収集のための新しい技術を研究および開発する重要な検出器グループを持つ数少ない中性子施設の 1 つです。

実施された重要かつ先駆的な研究の中には、高温超伝導体の構造とバックミンスターフラーレンの固体相の発見がありました。その他の最近の開発については、こちらをご覧ください。

第2ターゲットステーション（TS2）の建設は2003年に始まり、最初の中性子が2007年12月14日にターゲットに届けられました。^[7] TS2は低エネルギー中性子を使用して、ソフト凝縮物質、生物系、先進複合材料、ナノ材料を研究します。

シンクロトロン自体は、2008年から2018年まで、国際ミューオンイオン化冷却実験（MICE）の寄生実験を主催しました^{[8]。MICEは、以前のHEPテストビームに取って代わりました[9] 。}

現在ISIS中性子・ミューオン源にある装置は以下の通りである: ^[10]

• Alf は結晶アライメント施設です。
• Crisp は、さまざまな界面現象を高解像度で研究するために設計された中性子反射計です。
• Engin-X は、結晶材料内部の深部における歪み、ひいては応力の測定に最適化された中性子回折計です。
• Gem は、無秩序な物質や結晶粉末の構造を研究するための高強度、高解像度の実験を実行できる中性子回折計です。
• Hrpd は、同種の装置の中では世界で最も高い解像度を誇る中性子粉末回折計の 1 つです。
• Ines は、STFC との協力協定に基づいてイタリア国立研究評議会 (CNR) によって構築および管理されている中性子粉末回折計です。
• Iris は、準弾性および低エネルギーの高解像度非弾性分光法用に設計された中性子分光計です。
• LOQ は、通常 1 ～ 100 nm の範囲の寸法を持つ大きな分子、小さな粒子、または多孔質材料の形状とサイズを調べるために使用される小角中性子散乱装置です。
• Maps は、主に単結晶の磁気励起と構造励起を調べるために設計された中性子分光計です。
• MARI は中性子分光計であり、結晶系および無秩序系におけるフォノン状態密度や磁性材料における結晶場励起の研究に最適です。
• Merlin は、高計数率、中エネルギー分解能、直接ジオメトリー チョッパー分光計を備えた中性子分光計です。
• Osiris は中性子分光計または回折計として使用できます。非常に低エネルギーの研究と長波長の回折に最適化されています。
• Pearl は高圧粉末回折専用の中性子回折計です。
• Polaris は、構造の迅速な特性評価、少量の材料の研究、短時間でのデータ セットの収集、および非常温条件下での材料の研究に最適化された中性子回折計です。
• Rotax は検出器と機器のテストに使用されます。

• SANDALS は、液体および非晶質材料の構造を調査するために特別に構築された中性子回折計です。
• SURF は中性子反射計であり、液体界面研究における世界有数の機器の 1 つです。
• SXD は、相転移や不整合構造などの逆格子空間の調査を伴うアプリケーションや、サンプルの方向が制限される可能性があるアプリケーションに強力な中性子回折計です。
• Tosca は固体中の分子振動の研究に最適化された中性子分光計です。
• Vesuvio は、eV エネルギー範囲の中性子 (熱外中性子) の高強度を使用してスペクトルを質量分離し、核運動量分布の集合にする中性子分光計です。
• EMU は、ゼロ磁場および縦磁場測定に最適化された μSR 分光計です。
• MuSR は、90 度回転して縦方向と横方向の両方の測定を可能にする μSR 分光計です。
• HIFI は、最大 5T の縦磁場を印加できる高磁場ミューオン装置です。
• Argus は、凝縮物質および分子研究用のミューオン分光計です。
• CHRONUS は、日本が所有する RIKEN-RAL ミュオン施設のミュオン計測装置です。

• ChipIR は、大気のような中性子をマイクロエレクトロニクスに照射することに特化したチップ照射装置です。
• IMAT は、材料科学、材料処理、エンジニアリングのための中性子イメージングおよび回折装置です。
• Inter は、空気/液体、液体/液体、空気/固体、液体/固体のさまざまな界面を研究するための独自の機能を備えた高強度化学界面反射計です。
• Larmor は、中性子のLarmor 歳差運動を利用してエネルギーや方向をエンコードする新しい中性子散乱技術の開発に最適化された、柔軟な小角中性子散乱装置です。
• LET は、物質特性の微視的起源を理解するために凝縮物質のダイナミクスを研究するために最適化された中性子分光計です。
• NIMROD は、原子間距離 (< 1 Å ) からメソスコピック距離 (> 300 Å) までの長さスケールを測定するために設計された中性子回折計です。
• Offspec は、インターフェースに平行および垂直のナノメートル単位の長さスケールにアクセスできる中性子反射計です。
• Polref は、薄膜材料の層内および層間と表面の磁気秩序を研究するために設計された中性子反射計です。
• Sans2d は、ナノマテリアル、ソフトマター、コロイド系（生物起源のものを含む）のサイズ、形状、内部構造、空間配置を 0.25～300 nm の長さスケールで調べるために使用できる小角中性子散乱装置です。
• Wish は、磁性および大単位セル システムにおける長い d 間隔での粉末回折用に設計された中性子回折計であり、単結晶および偏光ビーム実験を可能にするオプションを備えています。
• Zoom は、柔軟性が高く、カウント率の高い小角散乱装置です。

スパーパーティクルミステリーシリーズ1の最終話は、この場所で撮影されました。この場所は、 Itch Rocksという本でも言及されています。^[11]

• ISIS 中性子およびミューオン源ウェブサイトのホームページ
• 科学技術施設協議会
• 英国研究イノベーション
• ブル、マーティン。「イシス」。舞台裏の科学。ブレイディ・ハラン。
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• ISIS 中性子およびミューオン源科学ハイライト記事

51°34′18″N 1°19′12″W / 51.57167°N 1.32000°W / 51.57167; -1.32000