Το αυξανόμενο κόστος εμποδίζει την εγκατάσταση μεγα-δέσμης νετρονίων

Η πιο ισχυρή πηγή δέσμης νετρονίων στον κόσμο θα είναι λιγότερο από τη μισή ισχυρή από ό,τι είχε προγραμματιστεί όταν η εγκατάσταση ξεκινήσει τα επιστημονικά πειράματα το 2023. Η European Spallation Source (ESS), υπό κατασκευή στο Lund της Σουηδίας, σχεδιάστηκε για να φτάνει τα 5 μεγαβάτ (MW) , αλλά το κόστος του αερόστατου σημαίνει ότι θα επιτύχει μόνο 2 MW σε 6 χρόνια—ένα μειωμένο επίπεδο που πιθανότατα θα περιορίσει το εύρος των επιστημονικών μελετών που μπορεί να πραγματοποιήσει.

Αν και το συμβούλιο ESS, το κύριο όργανο λήψης αποφάσεων του έργου, εξετάζει σχέδια που θα αυξήσουν την ισχύ στα 5 MW έως το 2025, ορισμένοι επιστήμονες φοβούνται ότι η εγκατάσταση θα παραμείνει για πάντα κολλημένη στα 2 MW. «Υπάρχουν μερικοί άνθρωποι με πειστικές φωνές που λένε ότι δεν χρειάζεσαι 5 MW», λέει ο Colin Carlile, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία και πρώην διευθυντής του ESS. "Αλλά οι φωνές τους είναι σειρήνες. Θα ήταν τραγικό αν συμβεί αυτό."

Όπως οι ακτίνες Χ, οι δέσμες νετρονίων είναι ένας τρόπος για τους επιστήμονες να εξερευνήσουν την ατομική δομή των υλικών. Αλλά όπου οι ακτίνες Χ διασκορπίζονται από το νέφος των ηλεκτρονίων που περιβάλλουν ένα άτομο, τα νετρόνια διασκορπίζονται από τους ατομικούς πυρήνες. Αυτή η ικανότητα βοηθά τους επιστήμονες, για παράδειγμα, να εντοπίσουν το υδρογόνο, το οποίο, με ένα μόνο ηλεκτρόνιο, είναι πιο άπιαστος στόχος για τις ακτίνες Χ. Οι δέσμες νετρονίων μπορούν επίσης να διαφοροποιήσουν μεταξύ πυρήνων διαφορετικών ισοτόπων. Και, επειδή τα νετρόνια φέρουν σπιν, μπορούν να αποκαλύψουν τις μαγνητικές ιδιότητες του εν λόγω υλικού.

Οι περισσότερες πηγές νετρονίων είναι πυρηνικοί αντιδραστήρες που παράγουν νετρόνια μέσω σχάσης. Όμως τα τελευταία χρόνια οι επιστήμονες στρέφονται όλο και περισσότερο σε πηγές θραύσης, στις οποίες μια επιταχυνόμενη δέσμη πρωτονίων διασπά τους πυρήνες των ατόμων σε έναν στερεό στόχο, αφαιρώντας τα νετρόνια που στη συνέχεια διοχετεύονται σε δέσμες και κατευθύνονται προς τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή πειραμάτων. Μια δέσμη υψηλότερης ισχύος οδηγεί σε μεγαλύτερη ροή νετρονίων, επιτρέποντας μεγαλύτερη χωρική και χρονική ανάλυση και τη μελέτη μικρών δειγμάτων, όπως οι πρωτεΐνες.

Το ESS προτάθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1980 ως ένας τρόπος για να διατηρηθεί το προβάδισμα της Ευρώπης στον τομέα αυτό, δεδομένων των προγραμματισμένων εγκαταστάσεων διαμετρήματος 1 =MW στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ιαπωνία. Η επικείμενη έναρξη του ESS θα πρέπει επίσης να βοηθήσει στην αντιμετώπιση των αυξανόμενων ανησυχιών σχετικά με μια «ξηρασία νετρονίων» στην Ευρώπη, καθώς οι παλαιότερες πηγές νετρονίων κλείνουν. Οι εργασίες για την κατασκευή του ESS ξεκίνησαν τελικά το 2014, αφού οι 15 χώρες εταίροι του έργου συμφώνησαν να πληρώσουν τον λογαριασμό κατασκευής 1,84 δισεκατομμυρίων ευρώ. Τα σχέδια σε εκείνο το σημείο απαιτούσαν πρώτα νετρόνια το 2019, πλήρη ισχύ δέσμης 5 MW για τα πρώτα πειράματα χρήστη το 2023, με 16 από τα όργανα διαθέσιμα 2 χρόνια μετά και το πλήρες συμπλήρωμα 22 οργάνων "λίγα χρόνια αργότερα". σύμφωνα με τον Γενικό Διευθυντή του ESS John Womersley.

Αυτές οι προθεσμίες τώρα λιγοστεύουν λόγω της "αρχικής φάσης λειτουργίας" του έργου, η οποία διαρκεί από το 2019 έως το 2025, κοστίζοντας τουλάχιστον 150 εκατ. ευρώ περισσότερο από μια πρόβλεψη 850 εκατ. ευρώ το 2014. Σε συνεδρίαση τον Ιούνιο, το συμβούλιο ESS άρχισε να αξιολογεί σενάρια να μειώσει αυτό το κόστος. Οι επιλογές μείωσης του κόστους περιλαμβάνουν την αναβολή της αγοράς του εξοπλισμού που απαιτείται για την αύξηση της ισχύος πρωτονίων στα 5 MW και την επιβράδυνση της ταχύτητας με την οποία τα όργανα φτάνουν τις πλήρεις προδιαγραφές.

Όλα τα σενάρια οραματίζονται το ESS να λειτουργεί με ισχύ 2 MW το 2023, προκειμένου να εγγυηθεί αυτό που ο Womersley περιγράφει ως «παγκοσμίως κορυφαία απόδοση» όταν ξεκινούν τα πειράματα. Ωστόσο, ενώ ένα σενάριο αποδίδει 5 MW έως το 2025, ένα άλλο δεν προβλέπει αύξηση της ισχύος μέχρι τότε. Παρομοίως, αν και όλα τα σχέδια απαιτούν την εγκατάσταση 15 οργάνων έως το 2025, υπάρχουν διαφορές ως προς το πόσα από τα επιπλέον επτά θα κατασκευαστούν μέχρι εκείνη την ημερομηνία. "Διατηρούμε τους τελικούς στόχους του έργου αλλά αλλάζουμε την ταχύτητα με την οποία τους πετυχαίνουμε", λέει.

Ο Michael Preuss, επιστήμονας υλικών στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο και πρόεδρος της συμβουλευτικής επιτροπής επιστήμης ESS, περιγράφει την καθυστέρηση σε πλήρη ισχύ ως «ένα πολύ λογικό πράγμα που πρέπει να γίνει». Θα προτιμούσε να επεκτείνει τον αριθμό των οργάνων αντί να ενισχύσει την ισχύ από νωρίς. Σε κάθε περίπτωση, υποστηρίζει, οι βελτιώσεις στον σχεδιασμό των συντονιστών της μηχανής - συσκευές που απαιτούνται για την επιβράδυνση των νετρονίων στις ταχύτητες που τα καθιστούν χρήσιμα για έρευνα - θα αποδώσουν μια ροή νετρονίων που είναι "σχεδόν τόσο υψηλή" στα 2 MW. ήταν στα 5 MW.

Ο Carlile λέει ότι το έργο πηγαίνει όπως "θα περίμενε" για μια μεγάλη επιστημονική εγκατάσταση που χτίστηκε κυρίως με συνεισφορές σε είδος. Αλλά δεν πιστεύει ότι η πρόοδος με τους συντονιστές θα αντισταθμίσει τη χαμηλότερη αρχική ισχύ και ανησυχεί ότι οι περικοπές στην ισχύ και τα όργανα θα είναι δαπανηρές για την ευρωπαϊκή επιστήμη των νετρονίων.

Το συμβούλιο του ESS σκοπεύει να αποφασίσει για ένα προτιμώμενο σενάριο πριν από το τέλος του τρέχοντος έτους, ώστε τα κράτη μέλη να μπορέσουν στη συνέχεια να συμφωνήσουν στα μερίδιά τους σε αυτόν τον προϋπολογισμό το 2018.