TRIUMF - TRIUMF

Współrzędne : 49°14′52″N 123°13′50″W / 49.247792°N 123.230596°W / 49.247792; -123.230596

TRIUMF
TRIUMF
Tworzenie 1968
Cel, powód Badania i rozwój
Lokalizacja
Współrzędne 49°14′52″N 123°13′50″W / 49.247792°N 123.230596°W / 49.247792; -123.230596
Obsługiwany region
Na calym swiecie
Personel
~500
Strona internetowa www .triumf .pl

TRIUMF to narodowe centrum akceleratorów cząstek w Kanadzie . Jest uważane za najważniejsze laboratorium fizyczne Kanady i konsekwentnie uważane za jedno z wiodących światowych ośrodków badawczych fizyki subatomowej . Własnością i jest zarządzana przez konsorcjum uczelni, to jest na południowym kampusie jednego z jego członków założycieli z University of British Columbia w Vancouver , British Columbia . Mieści największy na świecie cyklotron , źródło protonów o energii 520 MeV, który w 2010 roku został uznany za kamień milowy IEEE . Jego działania skoncentrowane na akceleratorach obejmują fizykę cząstek elementarnych, fizykę jądrową, medycynę jądrową , materiałoznawstwo oraz rozwój detektorów i akceleratorów.

Na miejscu pracuje ponad 500 naukowców, inżynierów, techników, handlowców, pracowników administracyjnych, stypendystów podoktoranckich i studentów. Co roku przyciąga ponad 1000 krajowych i międzynarodowych naukowców, a w ciągu ostatniej dekady wygenerował ponad 1 miliard dolarów działalności gospodarczej.

Aby opracować priorytety badawcze TRIUMF, fizycy z placówki i uniwersytetu postępują zgodnie z długoterminowym planem Rady ds. Badań Naukowych i Inżynieryjnych (NSERC) dla fizyki subatomowej. TRIUMF ma również ponad 50 międzynarodowych umów dotyczących wspólnych badań.

Asteroida 14959 TRIUMF została nazwana na cześć laboratorium.

Historia

TRIUMF został założony w 1968 roku przez Uniwersytet Simona Frasera , Uniwersytet Kolumbii Brytyjskiej i Uniwersytet Wiktorii, aby sprostać potrzebom badawczym, których nie był w stanie zapewnić żaden pojedynczy uniwersytet. Pierwotny akronim, oparty na TRI University Meson Facility , nie jest już używany, co odzwierciedla jego obecny stan jako konsorcjum 19 uniwersytetów członkowskich i stowarzyszonych w całej Kanadzie .

Wejście do TRIUMF

Od momentu powstania jako lokalna placówka uniwersytecka przekształciła się w laboratorium krajowe, zachowując jednocześnie silne powiązania z programami badawczymi kanadyjskich uniwersytetów. Pokrewne dziedziny badań rozszerzyły się z fizyki jądrowej na fizykę cząstek elementarnych, naukę molekularną i materiałową, medycynę nuklearną oraz badania i rozwój akceleratorów.

Cyklotron TRIUMF o energii 520 MeV został oficjalnie oddany do użytku 9 lutego 1976 r. przez Pierre'a Trudeau , 15. premiera Kanady , który powiedział: „Naprawdę nie wiem, czym jest cyklotron, ale jestem z pewnością bardzo szczęśliwy, że Kanada go ma”.

Zanim powstał Riken SRC (superconducting ring cyclotron), TRIUMF był największym na świecie cyklotronem pod względem masy i promienia wiązki lub pola magnetycznego. Riken SRC jest teraz cięższy niż cyklotron TRIUMF, ale TRIUMF ma największy promień wiązki i największy zbiornik próżniowy. Pole magnetyczne Rikena obejmuje promień od 3,5 m do 5,5 m przy maksymalnym promieniu wiązki około 5 metrów (200 cali), podczas gdy pole TRIUMF rozciąga się od 0 do około 320 cali przy maksymalnym promieniu wiązki 310 cali, ponieważ wymaga mniejszego pola magnetycznego w celu zmniejszenia zdzierania EM.

Dyrektorzy laboratoriów

TRIUMF miał ośmiu dyrektorów swojej działalności:

Historyczna oś czasu

1965 – fizycy jądrowi pne zgadzają się na instalację mezonową

1968 – John Warren zostaje pierwszym dyrektorem TRIUMF

1969 – ceremonia otwarcia TRIUMF

1970 – Ceremonia wmurowania kamienia węgielnego

1971 – Rozpoczyna się montaż cyklotronu, Reginald Richardson zostaje dyrektorem TRIUMF

1974 – Cyklotron produkuje swoją pierwszą wiązkę

1975 – Rozpoczęcie programu naukowego o protonach, pierwsza spolaryzowana wiązka protonów, pierwszy eksperyment μSR w TRIUMF

1976 – Oficjalne poświęcenie Pierre'a Elliota Trudeau, dr Erich Vogt zostaje Oficerem Orderu Kanady, Jack Sample zostaje dyrektorem TRIUMF

1977 – Działa spektrometr średniej rozdzielczości MRS, pierwsze prace doktorskie z użyciem wiązek TRIUMF

1978 – Rozpoczęcie analizy aktywacji neutronów, umowa AECL/Nordion na produkcję izotopów medycznych, pierwsza produkcja jodu-123 na Beamline 4A do dystrybucji w Kanadzie

1979 – Rozpoczęcie pierwszej nowej pionowo-mionowej linii testowej M13, programu leczenia raka pionowego

1980 – Rozpoczęcie budowy kamery PET (druga w Kanadzie), TPC zbudowana do badania rzadkich dekas (pierwsza użyta w eksperymencie)

1981 – Rozpoczęcie studiów w fabryce KAON, Erich Vogt zostaje dyrektorem TRIUMF

1982 – Zainstalowano rurociąg izotopowy do szpitala UBC, zakończenie programu np i pp, firma AECL Commercial Products dostarcza pierwsze izotopy z firmy TRIUMF

1983 – PET dedykowany przez Queen, pierwszy komercyjny cyklotron na miejscu, pierwsze badanie on-line separacji izotopów (ISOL)

1985 – Pierwszy specjalnie zbudowany powierzchniowy kanał mionowy, NSERC finansuje linię badawczą HERA w DESY Lab w Niemczech

1986 – Wkład do linii badawczej 50 MeV dla HERA w imieniu Kanady

1987 – Yamasaki nagrodzony Medalem Cesarskim (cyt. μSR), zakład TISOL wytwarza pierwszą wiązkę radioaktywną, Uniwersytet Manitoba i Université de Montréal zostają członkami stowarzyszonymi, TRIUMF staje się narodowym ośrodkiem mezonowym Kanady

1988 – EBCO tworzy pierwszy cyklotron medyczny o mocy 30 MeV, sfinansowano badanie projektu KAON Factory, University of Toronto zostaje członkiem stowarzyszonym

1989 – NRC dodaje Tech Transfer do mandatu TRIUMF, University of Regina zostaje członkiem stowarzyszonym

1990 – instalacja TR-30, rozpoczęcie projektowania ISACI (akcelerator izotopów)

1991 – Buckyballs badany przez μSR, ukończono drugi spektrometr SASP

1992 – Rob Kiefl zdobywa Medal Herzberga za badania MuSR, TISOL Red Giant 12 C(α,γ)

1993 – Rozpoczęcie wychwytywania atomów w TRIUMF, zainstalowany cyklotron medyczny TR-13

1994 – Alan Astbury zostaje dyrektorem zaangażowania TRIUMF, ATLAS i LHC w CERN

1995 – Rozpoczęcie leczenia czerniaka ocznego, TRINAT najpierw wychwytuje atomy, komponenty detektora HERMES do HERA, rozpoczyna się komercyjne testowanie efektu promieniowania protonami

1996 – Zatwierdzenie konstrukcji komory środkowej drutu BaBar

1997 – Rozpoczęcie budowy cywilnej ISAC-I, zatwierdzenie TWIST, rozpoczęcie zaangażowania SNO, propozycja eksperymentu DRAGON

1998 – Pierwsza belka z ISAC-I, Carleton University i Queens University zostają członkami stowarzyszonymi, dostarczono centralną komorę drucianą BaBar, fundusze NSERC DRAGON

1999 – obiekt o najwyższym na świecie prądzie wiązki protonów ISOL (izotop online), pomiary czasu życia 37-K w ISAC, TRIUMF staje się Kanadyjskim Narodowym Laboratorium Fizyki Cząstek i Fizyki Jądrowej

2000 – Carleton University zostaje pełnoprawnym członkiem, McMaster University zostaje członkiem stowarzyszonym, ISAC-II zatwierdzony, ISAC-I przyspiesza pierwszą stabilną wiązkę, CSI nagrodzony za nowy spektrometr PET , 8π przeniesiony do TRIUMF

2001 – ISAC pierwsze akcelerowane izotopy rzadkie, pierwsze uruchomienie ISAC-I PRL, TUDA i DRAGON

2002 – Wstępne finansowanie TIGRESS, rozpoczęcie rozwoju TITAN

2003 – University of Guelph zostaje członkiem stowarzyszonym, otwarcie budynku ISAC-II, dostarczenie magnesów LHC do Genewy w Szwajcarii, otrzymanie pierwszych procesorów ATLAS Tier-1

2004 – University of Toronto zostaje pełnoprawnym członkiem, Saint Mary's University zostaje członkiem stowarzyszonym, Nagroda Seaborg dla Dona Fleminga za pionierską pracę w monium, zmierzony promień ładunku 11 Li, rozpoczyna się współpraca T2K z J-PARC, Nagroda Synergy za współpracę między TRIUMF i Nordion

2005 – setny pacjent leczony z powodu czerniaka gałki ocznej, opublikowano wyniki TUDA 21 Na(ρ,ρ') 21 Na, Jean-Michel Poutissou odznaczony Legią Honorową (Francja), pierwsze wyniki rozpadu mionów z eksperymentu TWIST

2006 – opublikowano wyniki DRAGON 26 Al(ρ,γ) 27 Si

2007 – Université de Montréal zostaje pełnoprawnym członkiem, Nagroda Synergy za współpracę między TRIUMF i D-PACE, Nigel Lockyer zostaje dyrektorem TRIUMF, pierwszy eksperyment ISAC-II 11 Li(ρ,t) 9 Li pomiar z MAYA, pomiar masy 11 Li (najkrótszy i najlżejszy jon, jaki kiedykolwiek zmierzono w pułapce Penninga)

2008 – pomiar TUDA 18 F(ρ,α) 15 O, TRIUMF tworzy AAPS (Advanced Applied Physics Solutions) z CECR Współpraca badawczo-rozwojowa z laboratorium VECC, Kalkuta, Indie, pomiar masy 6 He (najlżejszy zmierzony)

2009 – TIGRESS w pełni operacyjny, nowa inicjatywa badawczo-rozwojowa radiochemii Nordion/TRIUMF, TWIST uzyskuje ostateczne wyniki dotyczące rozpadu mionów, zakończono modernizację linii wiązki M9

2010 – Rozpoczęcie projektu ARIEL (Advanced Rare IsotopE Laboratory), pierwszy cel aktynowców w ISAC

2011 – TRIUMF ustanawia rekord świata w produkcji izotopów

2015 – Multidyscyplinarne konsorcjum kierowane przez TRIUMF otrzymuje Nagrodę NSERC Brockhouse Canada za wybitną współpracę w zakresie opracowania rozwiązania do bezpiecznej i niezawodnej produkcji krytycznego medycznego izotopu technetu-99m przy użyciu cyklotronów. W skład konsorcjum wchodzą eksperci z dziedziny fizyki , chemii i medycyny nuklearnej z TRIUMF, BC Cancer Agency , Center for Probe Development and Commercialization (CPDC), Lawson Health Research Institute oraz University of British Columbia

2018 – TRIUMF świętuje dwusetną, 50-letnią działalność, od momentu otrzymania pierwszego finansowania.

Kanadyjscy partnerzy uniwersyteccy

TRIUMF jest własnością i jest zarządzany jako joint venture przez konsorcjum 21 uczelni, w tym 14 członków pełnych i 7 stowarzyszonych. Do uniwersytetów członkowskich należą: University of Alberta , University of British Columbia , Carleton University , University of Guelph , University of Manitoba , Université de Montréal , Simon Fraser University , Queen's University , University of Toronto , University of Victoria , University of Waterloo oraz Uniwersytet York . Uniwersytety stowarzyszone składają się z University of Calgary , McMaster University , University of Northern British Columbia , University of Regina , McGill University , Saint Mary 's University , Université de Sherbrooke , University of Winnipeg oraz Western University .

Struktura organizacyjna

TRIUMF jest podzielony na cztery działy, które koncentrują się na różnych aspektach badań i operacji:

  • Dział Accelerator odpowiedzialny za obsługę, konserwację i modernizacje wymagane dla wszystkich obiektów 520 MeV Cyclotron, ISAC i TR-13. Odpowiada również za projektowanie, budowę i uruchamianie przyszłych akceleratorów stacjonarnych oraz zapewnia wsparcie dla zewnętrznych projektów akceleratorowych.
  • Wydział Inżynierii, odpowiedzialny za inżynierii, projektowania i wytwarzania elementów mechanicznych, elektronicznych i konstrukcyjnych oraz usług elektrycznych i mechanicznych oraz utrzymanie serwisu.
  • Physical Sciences Division, odpowiedzialny za planowania eksperymentów zatwierdzonych przez Komitet Ewaluacji Doświadczalnej (EWG), a dla projektowania, montażu, eksploatacji i konserwacji komponentów, systemów i podsystemów dla wszystkich operacji eksperymentalnych w miejscu. Odpowiada również za koordynację wsparcia infrastrukturalnego programów zewnętrznych.
  • Dział Life Sciences odpowiedzialny za wsparcie projektów zatwierdzonych przez Komitet Oceny Projektów Life Science (LSPEC) oraz zapewnia wsparcie współpracy z Pacific Parkinson's Research Center (PPRC), BC Cancer Agency (BCCA), Nordion i innymi wydziałami uniwersyteckimi opierając się na radioznacznikach firmy TRIUMF w swoich badaniach. Odpowiada również za projektowanie, instalację, eksploatację i konserwację komponentów, systemów i podsystemów urządzeń do produkcji i przetwarzania radioizotopów dla znaczników do wykorzystania w projektach badawczych zarówno w TRIUMF, jak i innych laboratoriach. Dział medycyny nuklearnej firmy TRIUMF jest częścią tego działu.

Biuro Dyrektora , wspierana przez zastępców dyrektora badań i operacji, ma ogólny nadzór na:

  • Placówka w administracji, w tym rachunkowości i finansów, zdrowia środowiskowego i bezpieczeństwa, administracji ogólnej i bezpieczeństwa, zasobów ludzkich, zamówień, kontroli jakości, planowania strategicznego, komunikacji i promocji oraz zarządzania łańcuchem dostaw
  • Applied Technology Group, składająca się z kilku zespołów roboczych, w tym produkcji izotopu operacji cyklotronów i wsparcia technicznego, który koncentruje się na produkcji izotopów promieniotwórczych stosowanych przez podział izotopu medycznego BWX Technologies (dawniej Nordion), które są ostatecznie wdrożone w opracowywanie leków oraz diagnozowanie i leczenie chorób.

Dodatkowo, TRIUMF Innovations (link do strony internetowej) jest ramieniem TRIUMF zajmującym się komercjalizacją, łączącym działalność laboratoriów z konkretnymi możliwościami biznesowymi i komercyjnymi. Założona w 2017 roku zastąpiła Advanced Applied Physics Solutions, Inc. (AAPS), poprzedni podmiot komercjalizacji TRIUMF.

Eksperymenty

Ponieważ TRIUMF selektywnie wykorzystywał swoją wiedzę fachową w innych obszarach badań oraz w tworzeniu możliwości dla przedsiębiorczości, jego podstawowy program fizyki jądrowej, cząstek i akceleratorów rozszerzył się, aby objąć kluczowe obszary nauk przyrodniczych, molekularnych i materiałowych.

Główne linie wiązki cyklotronowej i protonowej

Sercem TRIUMF jest cyklotron o energii 520 MeV, który wytwarza pierwotne wiązki protonów. Duża część programu TRIUMF opiera się na tych wiązkach, w tym ISAC, programy Centrum Nauki Molekularnej i Materiałowej w μSR i β-NMR oraz Proton Treatment Facility. Funkcjonowanie głównego cyklotronu umożliwiło firmie TRIUMF zdobycie wiedzy fachowej w zakresie obsługi trzech cyklotronów medycznych dla Nordion i cyklotronu medycznego TR-13 wykorzystywanego do produkcji izotopów medycznych oraz pomocy firmom w wykorzystaniu możliwości handlowych w zakresie sprzedaży cyklotronu i innych technologii akceleratorowych .

Cyklotron 520 MeV

TRIUMF wytwarza ze źródła jonów ujemnie naładowane jony wodoru (H - : 1 proton, 2 elektrony). Jony są transportowane przez ewakuowaną linię wiązki elektrostatycznej zawierającą elementy, które skupiają i sterują wiązką na odległość 60 m do cyklotronu. Cyklotron o zmiennej energii 520 MeV (milion elektronowoltów) przyspiesza te jony zmiennym polem elektrycznym o wysokiej częstotliwości i wykorzystuje masywny sześciosektorowy magnes, aby ograniczyć wiązkę w zewnętrznej spiralnej trajektorii. Włożenie bardzo cienkiej folii ekstrakcyjnej grafitowej powoduje oderwanie lub usunięcie elektronów z jonu H - przy jednoczesnym przepuszczeniu protonu. Proton, ponieważ jest cząstką naładowaną dodatnio, jest odchylany na zewnątrz pod wpływem pola magnetycznego i kierowany na linię wiązki protonów.

Proces przyspieszania trwa około 0,3 ms, zanim proton osiągnie trzy czwarte prędkości światła. Sukces programów TRIUMF zależy od zdolności niezawodnego dostarczania protonów z cyklotronu. Zazwyczaj cyklotron, chociaż ma ponad 35 lat, ma średnio ponad 90% czasu pracy (2000-2007), przy średniej 15-letniej nieco poniżej 90%. Zazwyczaj belka jest dostarczana przez około 5000 godzin rocznie z jednym głównym (trzy miesiące) i jednym mniejszym (jeden miesiąc) okresem konserwacji. Właściwości i możliwości wiązki cyklotronowej poprawiły się na przestrzeni lat w wyniku modernizacji systemów i podstawowej infrastruktury zapewniającej pola magnetyczne i elektryczne oraz rezonatory RF, jak również naczynie próżniowe, które będą służyć firmie TRIUMF jeszcze przez wiele lat.

Cztery linie wiązki protonowej

TRIUMF posiada cztery niezależne sondy ekstrakcyjne z różnymi rozmiarami folii, które dostarczają protony jednocześnie do czterech linii wiązek. Ze względu na wysoką energię wiązki protonowej, te linie badawcze wykorzystują magnetyczne, a nie elektrostatyczne elementy skupiające i sterujące.

Linia kontrolna 1A (BL1A)
może dostarczyć protony od 180 do 500 MeV do dwóch systemów docelowych. Moc wiązki waha się od 50 do 75 kW. Pierwszy cel, T1, obsługuje trzy kanały eksperymentalne. Drugi cel, T2, obsługuje dwa eksperymentalne kanały μSR. Za T2 znajduje się instalacja 500 MeV wykorzystywana do produkcji izotopów strontu dla generatorów obrazowania medycznego, a także Thermal Neutron Facility (TNF).
Linia badawcza 1B
oddziela BL1 na krawędzi krypty cyklotronowej i zapewnia międzynarodowym użytkownikom Proton Irradiation Facility (PIF), który służy do testowania promieniowania obwodów elektronicznych, na przykład naśladując promieniowanie kosmiczne do testowania chipów komputerowych.
Linia kontrolna 2A (BL2A)
jest w stanie dostarczyć wiązki protonów od 475 do 500 MeV o mocy do 50 kW do obiektu docelowego ISAC, który wytwarza wiązki jonów rzadkich izotopów na potrzeby wielu kanadyjskich i międzynarodowych eksperymentów.
Linia badawcza 2C (BL2C)
stosowany w Programie Terapii Protonowej do leczenia czerniaków naczyniówki (guzy oka) i napromieniania protonami w celu wytworzenia izotopów strontu, które są przetwarzane chemicznie, a następnie wykorzystywane w generatorach obrazowania medycznego. Ta linia wiązki ma również elastyczność, aby dostarczać protony o niższej energii dla użytkowników PIF. Zakres energii dla tej linii wynosi od 70 do 120 MeV.
Linia badawcza 4 północ (BL4N)
(przewidywane zakończenie w 2017 r.) będzie nową linią badawczą o energii 500 MeV wykorzystywaną do proponowanej rozbudowy ISAC o wyspecjalizowany cel aktynowców.

Obiekty ISAC i ARIEL do wiązek rzadkich izotopów

Obiekty ISAC i ARIEL (w budowie) wytwarzają i wykorzystują ciężkie wiązki jonów do produkcji krótkożyciowych izotopów do badań. Wiązka protonów z głównego akceleratora jest wykorzystywana jako wiązka sterująca w ISAC za pośrednictwem linii BL2A ​​i jednej z dwóch stacji docelowych ARIEL za pośrednictwem linii BL4N (w budowie) do wytwarzania wiązek egzotycznych izotopów, które są dodatkowo przyspieszane za pomocą akceleratorów liniowych . Druga stacja docelowa w ARIEL wykorzystuje wiązkę elektronów z TRIUMF elinac jako wiązkę napędzającą. Kilka eksperymentów bada właściwości i strukturę tych egzotycznych izotopów wraz z ich nukleosyntezą . Między ISAC-I i ISAC-II można przeprowadzić wiele eksperymentów.

Placówka ISAC-I

W obiekcie ISAC-I protony o energii 500 MeV o mocy do 100 μA mogą być kierowane na jeden z dwóch celów produkcyjnych w celu wytworzenia izotopów radioaktywnych. Izotopy przechodzą przez rozgrzaną rurę do źródła, gdzie są jonizowane, przyspieszane z platformy wysokonapięciowej źródła do 60 kV i przesyłane przez separator masy w celu wybrania wybranej wiązki jonów. Wiązka jest transportowana w linii wiązki elektrostatycznej transportu niskoenergetycznego (LEBT) i wysyłana przez stację rozdzielczą do obszaru doświadczalnego niskiej energii lub do szeregu struktur przyspieszających w temperaturze pokojowej do ISAC-I o średniej energii obszar doświadczalny. Eksperymenty w ISAC-I obejmują:

spektrometr 8π

Mikroskop używany do badania zachowania wytworzonych jąder atomowych, które są zbierane w centrum 8pi, gdzie ulegają rozpadowi radioaktywnemu. Głównym elementem spektrometru 8π są detektory hiperczystego germanu służące do obserwacji promieni gamma emitowanych ze stanów wzbudzonych jąder potomnych. [1]

SMOK

Detektor Recoils And Gammas Of Nuclear Reactions (DRAGON) jest aparatem przeznaczonym do pomiaru szybkości reakcji jądrowych ważnych w astrofizyce, w szczególności reakcji nukleosyntezy, które zachodzą w środowiskach wybuchowych nowych, supernowych i bursterów rentgenowskich. [2]

Spektroskopia laserowa

Eksperyment Collinear Fast-Beam Laser Spectroscopy (CFBS) w firmie TRIUMF ma na celu wykorzystanie wysokiej intensywności wiązki i zdolności produkcji radioizotopów w obiekcie ISAC firmy TRIUMF, a także nowoczesnych technik chłodzenia wiązek w pułapkach jonowych w celu pomiaru nadsubtelnych poziomy energetyczne i przesunięcia izotopowe izotopów krótkożyciowych za pomocą spektroskopii laserowej. [3]

TYTAN

Pułapka jonowa TRIUMF for Atomic and Nuclear Science (TITAN) mierzy masę krótkożyciowych izotopów z dużą precyzją. Izotopy radioaktywne z ISAC są wysyłane do TITAN w celu schłodzenia, rozmnażania ładunku i pułapkowania. Cały proces trwa około 10 milisekund, umożliwiając badanie izotopów promieniotwórczych o krótkim okresie półtrwania. [4]

TRINAT

TRINAT, neutralna pułapka na atomy firmy TRIUMF, zawiera skupisko neutralnych atomów zawieszonych w bardzo małej przestrzeni, w wysokiej próżni, co pozwala na badanie produktów rozpadu radioaktywnych atomów. [5]

Obiekt ISAC-II

Wiązki rzadkich izotopów wytwarzane w zakładzie ISAC-II są transportowane w linii wiązki elektrostatycznej do transportu wiązek niskoenergetycznych (LEBT) i wysyłane za pośrednictwem stacji rozdzielczej do obszaru doświadczalnego niskiej energii lub do szeregu o temperaturze pokojowej struktury przyspieszające w obszarze doświadczalnym średnich energii ISAC-I. W celu dostarczenia wysokiej energii wiązka DTL z rurą dryfującą jest odchylana na północ wzdłuż linii transferowej S-bend do nadprzewodzącego akceleratora liniowego ISAC-II (SC-linac) w celu przyspieszenia powyżej bariery Coulomba (5–11 MeV/u). ). Firma TRIUMF rozpoczęła opracowywanie technologii akceleratorów nadprzewodzących w 2001 roku i jest obecnie liderem w tej dziedzinie z wykazanym gradientem przyspieszenia (przy niskim poziomie beta) znacznie powyżej innych działających obiektów. Eksperymenty w ISAC-II obejmują:

EMMA

Elektromagnetyczny analizator masy (EMMA) (data ukończenia 2016) to spektrometr masowy z odrzutem dla zakładu ISAC-II firmy TRIUMF. ISAC-II zapewni międzynarodowym naukowcom badającym strukturę jądrową i astrofizykę jądrową intensywne wiązki jonów radioaktywnych o masie do 150 jednostek masy atomowej. Energie tych wiązek będą zależeć od przyspieszania konkretnych jąder, ale typowe prędkości maksymalne będą się wahać od 10-20% prędkości światła. [6]

HERAKLES

Dawniej znany jako układ Chalk River/Laval, HERACLES składa się ze 150 detektorów scyntylatorów pokrywających prawie 4-pi. Wykorzystano go w kilkunastu eksperymentach w ciągu ostatnich dziesięciu lat do badań wielofragmentacyjnych przy średnich energiach (10 do 100 MeV/A). [7]

TYGRYSICA

Spektrometr z tłumieniem promieniowania gamma TRIUMF-ISAC (TIGRESS) to najnowocześniejszy spektrometr promieniowania gamma zaprojektowany do szerokiego programu badań fizyki jądrowej z przyspieszonymi wiązkami jonów radioaktywnych dostarczanymi przez nadprzewodnikowy akcelerator liniowy ISAC-II . [8]

ISAC-I/II

Wymienione poniżej eksperymenty wykorzystują oba urządzenia.

TUDA

Obiekt ogólnego przeznaczenia do badania reakcji jądrowych o znaczeniu astrofizycznym za pomocą detektorów półprzewodnikowych . [9]

TAKTYKA

Komora jonizacyjna z pełnymi możliwościami rekonstrukcji torów do badania reakcji astrofizycznych znaczenia. [10]

DSL

Obiekt TRIUMF Doppler Shift Lifetimes, który jest eksperymentalną instalacją do pomiaru czasów życia stanów wzbudzonych jąder. [11]

Kanadyjskie centrum danych ATLAS Tier-1

Eksperymentu ATLAS w akceleratorze Collider (akceleratora) w CERN Używa proton-proton przy najwyższej energii kiedykolwiek osiągnięte w laboratorium szukać Higgsa cząstka centralnego obecnym modelu, jak cząstki elementarne osiągnięcia masy. ATLAS będzie również poszukiwał zjawisk „poza standardowym modelem” fizyki cząstek elementarnych, takich jak supersymetria , dodatkowe wymiary i złożoność kwarków. Detektor ATLAS będzie obserwował cząstki powstające w wyniku około 900 milionów zderzeń proton-proton na sekundę i chociaż szybka elektronika będzie filtrować zdarzenia tak, aby rejestrowane były tylko te, które najprawdopodobniej będą interesujące, ATLAS wyprodukuje 3,5–5,0 petabajtów dane rocznie (jeden petabajt to milion gigabajtów). Ponadto zostaną utworzone wtórne zestawy danych, które mogą podwoić ilość wytwarzanych danych.

W celu przeanalizowania tej ogromnej ilości informacji, CERN koordynuje międzynarodową sieć dużych, wysokowydajnych centrów obliczeniowych, które są połączone za pomocą narzędzi do obliczeń siatkowych , tak aby działały jako jeden ogromny system. Sieć ta nosi nazwę Worldwide LHC Computing Grid (WLCG). Kanadyjskie Centrum Danych Tier-1, zlokalizowane w TRIUMF, współpracuje z dziewięcioma innymi centrami ATLAS Tier-1 na świecie w celu przetwarzania surowych danych uzyskanych w eksperymencie. Ponadto ośrodki Tier-2 zlokalizowane na uniwersytetach, zarówno w Kanadzie, jak i za granicą, są wykorzystywane do dalszego przetwarzania wyników analizy Tier-1 i wydobywania z danych przełomowych wyników fizyki. Centra Tier-2 będą również głównymi ośrodkami symulacji komputerowych systemu ATLAS, który jest integralną częścią analizy danych.

Centrum Nauki Molekularnej i Materiałowej

TRIUMF wykorzystuje cząstki subatomowe jako sondy struktury materiałów w Centrum Nauki Molekularnej i Materiałowej (CMMS). Główne techniki to μSR i β-NMR.

μSR

TRIUMF wykorzystuje technikę zwaną μSR, potężną sondę do materiałów takich jak półprzewodniki, magnesy i nadprzewodniki. Tworzone są wiązki dodatnich mionów, których spiny są ustawione w tym samym kierunku. Kiedy te wiązki są wystrzeliwane w materiał, spiny mionów precesują (chwieją się jak wierzchołek) wokół lokalnych pól magnetycznych w materiale. Niestabilne miony szybko rozpadają się na pozytony; Ponieważ te antyelektrony są emitowane w kierunku spinu mionów, naukowcy projektu μSR mogą zbadać, w jaki sposób wewnętrzne pola magnetyczne różnych materiałów wpłynęły na spiny mionów, obserwując kierunki, w których emitowane są pozytony.

β-NMR

NMR wykrywany przez β jest egzotyczną formą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), w której sygnał precesji spinu jądrowego jest wykrywany w wyniku rozpadu beta jądra radioaktywnego. Głównym pytaniem, które należy zbadać, jest to, w jaki sposób lokalne właściwości elektroniczne i magnetyczne w pobliżu granicy faz lub powierzchni nowych materiałów (np. nadprzewodnika o wysokiej Tc) różnią się od właściwości masy.

Rozwój detektora

TRIUMF wykorzystuje swoją wiedzę specjalistyczną zdobytą podczas opracowywania detektorów dla fizyki cząstek elementarnych i jądrowych we współpracy z kanadyjskimi uniwersytetami, aby wspierać rozwój zaawansowanych detektorów, w tym dla nauk molekularnych i materiałowych oraz medycyny nuklearnej. Dział Nauki i Technologii firmy TRIUMF projektuje i konstruuje kompletne systemy detektorów, w tym mechanikę, usługi, elektronikę front-end, cyfrowe przetwarzanie sygnałów i akwizycję danych.

Laboratoria Medycyny Nuklearnej

Rdzeniem programu medycyny nuklearnej TRIUMF jest pozytonowa tomografia emisyjna lub obrazowanie PET, technika, w której niewielkie ilości radioaktywnych jąder znanych jako radioizotopy są łączone z pewnymi biocząsteczkami i wstrzykiwane do organizmu. Biocząsteczki można „śledzić” poprzez obrazowanie produktów rozpadu (dwa fotony wytwarzane przez rozpad jądra radioaktywnego poprzez emisję pozytonu) poza ciałem. PET umożliwia ilościowe oznaczenie stężenia związków znakowanych pozytonami w przestrzeni i czasie w żywym organizmie. PET jest bardziej czuły niż jakakolwiek inna metoda obrazowania człowieka, taka jak MRI lub CT , zwłaszcza w wykrywaniu raka.

Zaplecze programowe PET firmy TRIUMF obejmuje systemy cyklotronowe do produkcji radioizotopów, laboratoria chemiczne do syntezy radiofarmaceutyków oraz laboratoria kontroli jakości. TRIUMF wykorzystuje obecnie cyklotron medyczny TR-13 i systemy docelowe do produkcji 18 F, 11 C i 13 N. Zakłady produkcji radiofarmaceutycznej obejmują małe modułowe pomieszczenie czyste w cyklotronie do syntezy 18 F-fluorodeoksyglukozy (FDG). dla BCCA oraz trzy laboratoria chemiczne zajmujące się produkcją i rozwojem radiofarmaceutyków wykorzystywanych w badaniach mózgu i innych programach w UBC.

Pacific Parkinson's Research Center (PPRC) to wspólny program TRIUMF/UBC badający zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego. Około 80% badań dotyczy choroby Parkinsona , a pozostała część dotyczy zaburzeń nastroju i choroby Alzheimera . Program badał pochodzenie, postęp i terapie choroby, a także powikłania wynikające z terapii z wykorzystaniem obrazowania molekularnego jako podstawowego narzędzia.

Program Funkcjonalnego Obrazowania w BCCA jest wynikiem współpracy agencji, TRIUMF, UBC i BC Children's Hospital . Kapitał nabyty przez BC Provincial Health Services Authority Emerging Technologies Funduszu dozwolony zakup prowincji pierwszego hybrydowego skanera PET / CT w roku 2004. W fazie klinicznej badań PET / CT, znajdujący się w Vancouver Centre BCCA, została włączona przez Triumf dostarczającego 18 F, pozyton emitującą radionuklid stosuje się w produkcji 18 F-fluorodeoksyglukozy (FDG). FDG, jako marker metabolizmu glukozy, jest znacznikiem stosowanym w obrazowaniu onkologicznym PET, badaniu diagnostycznym, które stało się standardem postępowania w leczeniu wielu typów nowotworów.

Urządzenia do napromieniania protonów i neutronów

Począwszy od 1995 roku, TRIUMF zbudował kilka linii badawczych, które dostarczają energetyczne wiązki protonów i neutronów o niskiej intensywności do symulacji ekspozycji na promieniowanie w kosmosie lub środowiskach naziemnych. Nawet przy niskim natężeniu, kilka minut ekspozycji w tych wiązkach może odpowiadać latom działania w kosmosie, powietrzu lub na ziemi, dzięki czemu można przeprowadzić przyspieszone testy elektroniki.

Te obiekty TRIUMF, PIF i NIF, stały się od tego czasu uznawane za najlepsze miejsca do testowania efektów promieniowania kosmicznego przy użyciu protonów, a dzięki możliwości wykorzystania tych protonów do wytworzenia widma energii neutronów podobnego do tego, które można znaleźć na wysokościach samolotów i na poziomie gruntu , możliwe jest również testowanie za pomocą neutronów. Znaczna część użytkowników protonowej kanadyjskich firm związanych z przestrzenią kosmiczną, takich jak MDA Corporation , natomiast wykorzystanie neutronów jest głównie przez międzynarodowych firm dla awioniki, mikroelektroniki i urządzeń komunikacyjnych, takich jak Boeing Company lub Cisco Systems, Inc .

Dodatkowo, jedna z linii badawczych została wykorzystana do leczenia raka czerniaka gałki ocznej w Centrum Terapii Protonowej, która działała we współpracy z BC Cancer Agency i Wydziałem Okulistyki UBC. Zanim leczenie protonowe stało się dostępne, najczęstszym sposobem działania było usunięcie oka. Inne możliwe sposoby leczenia obejmowały chirurgiczne usunięcie guza (co ma poważne ograniczenia) lub wszczepienie na kilka dni radioaktywnego dysku na ścianę oka pod guzem. Te alternatywy były nieodpowiednie dla dużych guzów i mogły uszkodzić wrażliwe części oka, często powodując utratę wzroku. Jednak po terapii protonowej pacjenci mogą zachować użyteczne widzenie. Protony dostają się do oka ze starannie kontrolowaną energią i zatrzymują się w precyzyjnie określonej, przewidywalnej odległości wewnątrz. Depozytują swoją energię ruchu (energię kinetyczną) w bardzo wąskiej warstwie, niszcząc żywe komórki w tej warstwie. Ponieważ wiązka protonów jest tak skoncentrowana i oddaje swoją energię w sposób przewidywalny, możemy z powodzeniem zniszczyć guz, jednocześnie lepiej chroniąc inne pobliskie części oka. (Program terapii protonowej w TRIUMF został przerwany w 2019 r.)

Zewnętrzna współpraca naukowa

TRIUMF jest również zaangażowany w rozwój i budowę detektorów i sprzętu do większych eksperymentów fizyki cząstek na całym świecie.

ALFA

Międzynarodowa współpraca ALPHA , skupiona na wychwytywaniu antywodoru w eksperymentach w CERN , obejmuje członków TRIUMF. Zespół ALPHA-Canada, kierowany przez naukowca TRIUMF, dr. Makoto C. Fujiwarę, został uhonorowany nagrodą NSERC John C. Polanyi 2013 za pracę z zespołem ALPHA w CERN nad zrozumieniem antymaterii . Kanadyjski zespół zawiera ponad tuzin naukowców i studentów pracujących w osoczu , atomowy , skondensowanej , cząstka , detektorów i fizyki akceleratorów , z University of British Columbia (UBC), Simon Fraser University (SFU), na University of Calgary , York Uniwersytet i TRIUMF.

KEK

TRIUMF od dawna współpracuje z japońskim KEK , który został jeszcze bardziej wzmocniony w grudniu 2015 r., kiedy ogłoszono, że każda organizacja utworzy oddziały w odpowiednich instytucjach drugiej, aby ułatwić rozwój ich działalności badawczej w dziedzinie fizyki.

Wielki Zderzacz Hadronów

Fizycy, inżynierowie i personel techniczny zajmujący się akceleratorami firmy TRIUMF posiadają unikalną wiedzę fachową w zakresie projektowania i budowy krytycznych części akceleratora, takich jak montaż kalorymetrów końcowych z ciekłym argonem do detektora ATLAS . Ponadto firma TRIUMF była zaangażowana w budowę i zakup kilku magnesów i zasilaczy dla samego LHC. Uzyskane wkłady akceleratora były niezbędną częścią kanadyjskiej inwestycji w projekt. TRIUMF jest również siedzibą Centrum danych ATLAS-Kanada Tier-1, finansowanego przez Kanadyjską Fundację na rzecz Innowacji . Centrum to wstępnie przetworzy surowe dane z eksperymentu przed analizą przez kanadyjskich i zagranicznych badaczy. Zapewni również krajowym ekspertom ds. detektorów dostęp do surowych danych w celu szczegółowej kalibracji i monitorowania.

SNO

TRIUMF po raz pierwszy aktywnie zaangażował się w Sudbury Neutrino Observatory (SNO), gdy projekt wymagał pomocy inżynieryjnej. Biuro konstrukcyjne i warsztat maszynowy firmy TRIUMF zbudowały kluczowe elementy detektora. Ponadto naukowcy z TRIUMF byli zaangażowani w projekt, który został uhonorowany Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki 2015 oraz Fundamental Physics Prize 2016 za odkrycie oscylacji neutrin .

SNOLAB

TRIUMF jest zaangażowany w szereg projektów w SNOLAB . Wybitne przykłady obejmują helu i ołowiu Observatory (halogen) supernowa neutrino detektor, który jest częścią SuperNova Early Warning System (snews) i Dark Matter Eksperyment przy użyciu argonu dyskryminacji Pulse kształcie (DEAP) najbardziej wrażliwy słabo oddziałujące masywne cząstki (WIMP) Detektor spotykać się z kimś.

T2K

TRIUMF jest częścią eksperymentu T2K ( Tokai -to- Kamioka ) z oscylacją neutrin w Japonii . TRIUMF jest zaangażowany w budowę komory projekcji czasu i drobnoziarnistych detektorów składających się z plastikowych scyntylatorów dla bliskiego detektora T2K , aby zmierzyć właściwości wiązki neutrin w swoim zakładzie produkcyjnym w Tokai, zanim przejedzie ona 295 km do Kamioki, na której odległość neutrino spodziewane są oscylacje.

Grupa użytkowników TRIUMF

Grupa Użytkowników TRIUMF (TUG) to międzynarodowa społeczność naukowców i inżynierów szczególnie zainteresowanych wykorzystaniem obiektu TRIUMF. Jego celem jest:

  • zapewnienie formalnych środków wymiany informacji związanych z rozwojem i użytkowaniem obiektu;
  • doradzać członkom całej organizacji TRIUMF o dostępnych projektach i obiektach;
  • zapewnienie podmiotu reagującego na oświadczenia swoich członków w celu udzielania porad i porad kierownictwu TRIUMF w zakresie polityki operacyjnej i obiektów.

Do grona użytkowników może dołączyć każdy wykwalifikowany naukowiec. O interesy grupy dba wybrany komitet (Komitet Wykonawczy Użytkowników TRIUMF lub TUEC). Częścią obowiązków TUEC jest organizowanie spotkań w imieniu członków, które były konieczne. Co najmniej jedno zgromadzenie, coroczne walne zgromadzenie (WZA), odbywa się każdego roku na początku grudnia. Link do strony internetowej TUG znajduje się w poniższych linkach zewnętrznych.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki