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盧瑟福實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施和研究工作
2010-09-15 |文章來源: | 瀏覽次數(shù):  |

 

一、中心激光裝置(CLF)

中心激光裝置(Central Laser Facility,簡(jiǎn)稱CLF)為英國(guó)和其他歐共體國(guó)家的研究人員提供大型激光系統(tǒng)。該裝置運(yùn)行高功率玻璃和鈦寶石激光設(shè)施和幾個(gè)較小規(guī)??烧{(diào)激光器。生氣勃勃的開發(fā)計(jì)劃確保裝置在國(guó)際上具有競(jìng)爭(zhēng)性。

Vulcan玻璃激光器

Vulcan玻璃激光器(左圖)是世界上主要高功率激光裝置之一,為英國(guó)和歐洲的研究人員提供一個(gè)獨(dú)特的與固體、氣體和等離子體發(fā)生相互作用的超高流強(qiáng)激光器的裝置。100TW的短脈沖與2.8kJ多束流毫微秒脈沖同步后,它為研究人員提供進(jìn)行帶有新奇幾何結(jié)構(gòu)和脈沖選擇實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

Vulcan是一個(gè)強(qiáng)大、多用途的釹玻璃激光系統(tǒng),能夠以毫微秒形式發(fā)送高達(dá)2.6kJ的激光能量和在波長(zhǎng)為1054鈉米時(shí)以亞微微秒形式發(fā)送100TW的功率。頻率轉(zhuǎn)換到第二個(gè)諧波在波長(zhǎng)527鈉米時(shí)給出1kJ。常規(guī)情況下,脈沖的寬度在700飛秒和5毫微秒之間。利用線性調(diào)頻脈沖放大技術(shù)產(chǎn)生亞微微秒脈沖。利用這一方式,低強(qiáng)度脈沖及時(shí)地從幾百飛秒加寬到幾百微微秒。然后放大,再重新壓縮和聚焦到產(chǎn)生1020Wcm-2能流密度的靶上。該脈沖可與長(zhǎng)脈沖同步,啟動(dòng)復(fù)雜的相互作用和探測(cè)實(shí)驗(yàn)。

最近Vulcan開展的實(shí)驗(yàn):核聚變的新穎幾何圖形;高能亞原子斯努克(snooker);加速激光等離子體電子的記錄;世界上首次高能激光器產(chǎn)生的質(zhì)子;Image of table-top laser system and link to Lasers for Science Facility web pages質(zhì)子揭示等離子體內(nèi)部運(yùn)作情況;最短脈沖長(zhǎng)度軟X射線激光器;Vulcan幫助開發(fā)大面積平屏顯示器;天文物理學(xué)模擬。

科學(xué)裝置激光器

科學(xué)裝置激光器(右圖)為科學(xué)家和工業(yè)界提供廣泛類型的激光器、以激光為基礎(chǔ)的技術(shù)和訣竅。在RAL的主要設(shè)施有:共焦點(diǎn)顯微術(shù)、毫微秒科學(xué)、超快光譜學(xué)以及X射線和紫外線設(shè)備。激光租賃備用設(shè)備為英國(guó)學(xué)術(shù)界的研究人員提供商用激光系統(tǒng)和診斷,使他們能夠在自己的研究單位開展激光實(shí)驗(yàn)。

ASTRA激光器

ASTRA激光器(左圖)是一臺(tái)高功率超短脈沖鈦寶石激光設(shè)施, 提供800鈉米長(zhǎng)的光的脈沖,寬度為40飛秒,能量可高達(dá)500 mJ。有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū),聚焦的能流密度高達(dá)1019Wcm-2, 為科學(xué)家研究高強(qiáng)度的激光與物質(zhì)的相互作用提供激動(dòng)人心的機(jī)會(huì)。

二、ISIS–世界上亮度最高的散裂中子源

建在RAL實(shí)驗(yàn)室的ISIS是世界上亮度最高的散裂中子源,ISIS提供中子和繆子束流,支持世界上大約1600名科學(xué)家開展物理、化學(xué)、材料科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、工程和生物學(xué)的研究。

ISIS.jpg (406240 字節(jié))ISIS批準(zhǔn)于1977年,1984年后期首次產(chǎn)生中子,1985年10月正式落成。從此,吸引了大量的國(guó)際投資,發(fā)展成為國(guó)際上一支凝聚態(tài)物質(zhì)研究方面的主要力量。

ISIS不是縮寫詞。該名稱是1984年由時(shí)任英國(guó)首相的瑪格麗特.撒切爾夫人為中子源開始運(yùn)行而確定的。在此之前,稱為SNS。ISIS是古埃及的一位主要女神,她具有超越所有其他神的力量,并能使人起死回生,被認(rèn)為是生命復(fù)活的象征。這對(duì)建在泰晤士河旁的新中子源來說十分恰當(dāng),因?yàn)樗^承了大量原英國(guó)加速器的設(shè)備。

脈沖源的特點(diǎn)

中子在ISIS散裂過程中產(chǎn)生。一個(gè)強(qiáng)大加速器產(chǎn)生的高能量質(zhì)子脈沖轟擊一個(gè)金屬靶,將中子從靶原子的原子核中驅(qū)趕出來。結(jié)果產(chǎn)生極強(qiáng)的中子脈沖,輸運(yùn)時(shí)在中子靶中僅產(chǎn)生不太高的熱量。相比之下,傳統(tǒng)的中子反應(yīng)堆源則忍受反應(yīng)堆芯中產(chǎn)生極高的熱量,增加了材料技術(shù)現(xiàn)有的局限性。由于ISIS加速器的低負(fù)載周期,ISIS靶中按時(shí)間平均產(chǎn)生的熱量為160 kW,但在脈沖中,中子的亮度超過最先進(jìn)的穩(wěn)定態(tài)源。

質(zhì)子加速

加速鏈從負(fù)壓665 kV 的Penning負(fù)離子源開始。引出的負(fù)離子束加速到地面,注入到直線加速器,注入的能量為665 keV。4個(gè)阿爾瓦雷茲型的直線加速器把束流加速到70 MeV,提供200微秒長(zhǎng)的22毫安負(fù)離子脈沖。進(jìn)入同步加速器后,負(fù)離子束穿過一個(gè)0.3微米厚的氧化鋁剝離膜。該剝離膜將電子從束流的負(fù)離子中移出,將它們變換為質(zhì)子。質(zhì)子束大約在同步加速器中運(yùn)行130圈內(nèi)注入,使空間電荷效應(yīng)減到最低,將質(zhì)子的數(shù)量累積到2.8x1013。  

注入結(jié)束后,兩個(gè)高頻系統(tǒng)將注入的束流俘獲在兩個(gè)束團(tuán)里,并將它們?cè)谡ㄖ鞔艌?chǎng)的10微秒的上升邊加速到800 MeV。有兩個(gè)雙間隙鐵氧體調(diào)諧的高頻腔,束流每轉(zhuǎn)一圈提供一個(gè)140 kV的峰值加速電壓。引出前,脈沖100毫微秒長(zhǎng),彼此間隔230毫微秒。質(zhì)子束流大約要在同步加速器中運(yùn)轉(zhuǎn)10000圈,然后才偏轉(zhuǎn)進(jìn)入質(zhì)子引出束流線。通過3個(gè)快速?zèng)_擊磁鐵,可以作到這一點(diǎn)。沖擊磁鐵的電流在100毫微秒的時(shí)間內(nèi)從0上升到5 kA。整個(gè)加速過程在1秒內(nèi)重復(fù)50次。

散裂

散裂靶由重金屬鉭制作而成。質(zhì)子轟擊靶材料中的原子核,觸發(fā)原子核內(nèi)的級(jí)聯(lián)過程,使單個(gè)原子核處于高激發(fā)狀態(tài)。然后,通過蒸發(fā)核子(主要是中子),原子核釋放出能量,有些會(huì)離開靶,而其他的則繼續(xù)進(jìn)一步觸發(fā)反應(yīng)。送到靶的每個(gè)高能質(zhì)子產(chǎn)生大約15個(gè)中子。該過程產(chǎn)生的中子一般都有很高的能量和速度,必須降下來才能用于凝聚態(tài)物質(zhì)的研究。靠靶周圍的一組小的含氫減速劑可作到這一點(diǎn)。這些減速劑利用氫的大散射截面通過與氫原子核的不斷對(duì)撞使通過的中子減速下來。減速劑的溫度決定產(chǎn)生的中子的譜分布,可以為不同類型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修改。ISIS的減速劑為環(huán)境溫度水(43°C),液態(tài)甲烷(100 K)和液態(tài)氫(20 K)。  

ISIS脈沖源產(chǎn)生的中子特性與連續(xù)核反應(yīng)堆源產(chǎn)生的中子有很大的不同。特別是多色中子束流上采用了飛行時(shí)間技術(shù),直接決定了每個(gè)中子的能量和波長(zhǎng),允許采用固定散射幾何結(jié)構(gòu)。在能量和動(dòng)量傳輸中,信號(hào)噪音水平好,測(cè)量涵蓋廣泛的譜,初始0.4微秒的中子脈沖銳度由小的減速劑保持,給緩沖譜一個(gè)豐富的高能成分,或使儀器獲得高分辨率。  

繆子在一個(gè)輕元素的高能質(zhì)子和原子核對(duì)撞中產(chǎn)生。ISIS還通過同步加速器的800 MeV質(zhì)子在到達(dá)中子主要產(chǎn)生區(qū)強(qiáng)前穿過石墨中間靶產(chǎn)生強(qiáng)的脈沖繆子束。一小部分質(zhì)子與碳原子的質(zhì)子或中子發(fā)生對(duì)撞,產(chǎn)生短壽命帶電荷的π介子,半壽命為26毫微秒,衰變成繆子。已在產(chǎn)生靶表面衰變的π介子產(chǎn)生自旋極化繆子束,稱為正繆子表面繆子束,與中子靶一樣,重復(fù)頻率也是50 Hz。

除了在主靶中產(chǎn)生中子外,π介子和繆子衰變產(chǎn)生大量的中微子。稱為KARMEN的實(shí)驗(yàn)旨在利用脈沖結(jié)構(gòu)的性質(zhì)研究基本粒子問題。  

neutron-scattering.jpg (241092 字節(jié))                

中子散射的研究成就

過去40年中,從對(duì)絕緣體和稀土金屬中反鐵磁的基礎(chǔ)物理研究開始,利用中子散射的研究范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們當(dāng)初對(duì)此技術(shù)的期待。

聚合物和軟物質(zhì) 

對(duì)軟固體處理進(jìn)行實(shí)時(shí)中子研究為許多工業(yè)上的加工工藝從合成物到膠體做出獨(dú)一無二的貢獻(xiàn)。

   

無序材料 

中子散射改進(jìn)了我們對(duì)無序晶體材料、玻璃和液體的認(rèn)識(shí)–這對(duì)光學(xué)通訊、化學(xué)和生物化學(xué)工程、食品科學(xué)以及醫(yī)藥和分子生物學(xué)都至關(guān)重要。

    

結(jié)構(gòu)化學(xué)

對(duì)具有工業(yè)規(guī)模的樣品(例如監(jiān)視真實(shí)電池的放電)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和快速實(shí)時(shí)測(cè)量的能力加強(qiáng)了我們對(duì)產(chǎn)品合成和運(yùn)作的基本了解。

    

化學(xué)的活性度和分子運(yùn)動(dòng)

中子被用來研究界面化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和影響清潔技術(shù)和廢物管理的新催化工藝。  

生物學(xué)和生物技術(shù)

中子可研究圍繞DNA的水的結(jié)構(gòu),重要地了解大規(guī)模的構(gòu)造。中子反射提供流體跨過薄膜的信息。  

地球和環(huán)境科學(xué)

對(duì)高溫高壓時(shí)復(fù)雜礦物的結(jié)構(gòu)研究,可了解地質(zhì)的基本過程,如火山活動(dòng)和地震。

工程

中子可深入研究固體物體,像渦輪葉片、氣體管道和焊縫,獨(dú)特地微觀了解這些關(guān)鍵工程部件運(yùn)行壽命的張力和應(yīng)力。

凝聚態(tài)物質(zhì)物理

利用中子研究鈉米粒子、低維系統(tǒng)和磁性影響下一代計(jì)算機(jī)技術(shù)(量子裝置)和超導(dǎo)材料。

          

基本物理

脈沖中子源也是強(qiáng)中微子源,可對(duì)物質(zhì)的基本組成部分開展基礎(chǔ)研究。

科學(xué)計(jì)劃

ISIS作為提供中子和繆子脈沖束流的用戶裝置,開展從亞原子到宏觀分子微觀級(jí)凝聚態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的研究,并且還為開展基礎(chǔ)物理研究提供強(qiáng)大的中微子源。

得到全面支持的專用儀器能使訪問團(tuán)組在自己?jiǎn)为?dú)的研究計(jì)劃中利用中子和繆子技術(shù),這種研究計(jì)劃往往是國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室所做工作的補(bǔ)充。ISIS科學(xué)計(jì)劃包括基礎(chǔ)和戰(zhàn)略研究,涉及學(xué)術(shù)界和工業(yè)部門在許多主要科學(xué)學(xué)科方面的合作。ISIS上開展的實(shí)驗(yàn)通過同行評(píng)議,每年完成的實(shí)驗(yàn)超過600個(gè)。ISIS是個(gè)大型裝置,但為探索“小”科學(xué)提供許多機(jī)會(huì)。

DNA周圍水的結(jié)構(gòu)

氫原子構(gòu)成多數(shù)生物上活性化合物的表面,如果要知道藥物在體內(nèi)如何作用,了解它們的準(zhǔn)確位置和行為是十分重要的。

中子特別善于尋找氫原子的位置。例如,圍繞DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的水分子結(jié)構(gòu),生命分子可以顯像出來。圖像顯示水分子是蘭色的,DNA的構(gòu)架從圖像左下部開始往上以明亮的股線形式出現(xiàn)。當(dāng)通過降低樣品周圍的濕度,使水從股線周圍去掉時(shí),利用中子可以測(cè)量DNA結(jié)構(gòu)的變化。

三、正在RAL建造的第三代同步輻射光源 DIAMOND

DiamondBuild11.jpg (743270 字節(jié))Diamond屬第三代同步輻射光源,是使科學(xué)家在原子和分子水平研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)如生物組織、聚合物和催化劑最先進(jìn)的科學(xué)裝置。這些研究可幫助他們,譬如設(shè)計(jì)藥物和高技術(shù)材料,研究環(huán)境問題如氣候變化。  

Diamond的心臟部分是個(gè)大的環(huán)型加速器,稱為同步加速器,或更確切地說儲(chǔ)存環(huán),能夠在穿透力很強(qiáng)的X射線到遠(yuǎn)紅外輻射的所有波長(zhǎng)放射出亮光。只有頭發(fā)大小能量為3 GeV的電子束由一系列強(qiáng)磁鐵引導(dǎo)沿儲(chǔ)存環(huán)運(yùn)動(dòng)。diamond2.jpg (46427 字節(jié))

通過光束線,所選波長(zhǎng)的光的窄、強(qiáng)束流可從儲(chǔ)存環(huán)引出來,用于不同類型的實(shí)驗(yàn)。因此,Diamond是一臺(tái)極具多種用途和價(jià)值的實(shí)驗(yàn)工具。

該裝置正在RAL建造。與其他支撐的實(shí)驗(yàn)室一起,它將成為巨大的整套科學(xué)裝置的一部分。第一批光束線將于2006年投入使用。

英國(guó)政府通過貿(mào)易工業(yè)部和Wellcome信托基金會(huì)(一個(gè)獨(dú)立的為研究提供經(jīng)費(fèi)的慈善機(jī)構(gòu),旨在改善人類和動(dòng)物的健康–譯者)聯(lián)合建造和管理 Diamond。成立了一個(gè)稱為Diamond光源有限公司的合資公司來管理這一項(xiàng)目。該公司的股東,即研究理事會(huì)中心實(shí)驗(yàn)室理事會(huì)和Wellcome信托基金會(huì)按股份持有的比例(前者為86%,后者為14%)以2001年9月的價(jià)格分擔(dān)2.35億英鎊的建造費(fèi)用。

Diamond是世界上采用先進(jìn)技術(shù)、能產(chǎn)生令人難以置信的主要是X射線和紫外線光強(qiáng)束的幾個(gè)第三代同步輻射光源之一。這些光源包括法國(guó)的歐洲同步輻射光源、美國(guó)的先進(jìn)光子源和日本的SPRING-8。它是英國(guó)第一臺(tái)第三代同步輻射光源,能夠?qū)δ切┰O(shè)施予以補(bǔ)充,為英國(guó)和國(guó)際科學(xué)小組提供無價(jià)的最先進(jìn)的研究工具。該裝置還是在25年建在Daresbury實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)仍在運(yùn)行的同步輻射源(SRC)的補(bǔ)充。

 

四、空間科學(xué)與技術(shù)

運(yùn)行衛(wèi)星控制中心

RAL實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行自己的衛(wèi)星控制中心已經(jīng)多年,先是為英國(guó)衛(wèi)星Ariel V和VI,然后作為IRAS的主要衛(wèi)星站。后來RAL為構(gòu)成多國(guó)AMPTE任務(wù)一部分的UK-S子星起到了類似的作用。

1980年,RAL從美國(guó)宇航局(NASA)獲得一個(gè)直徑為12米完全可以改變位置的S型天線,還獲得一套完整的JPL IIIc組合式的S型遙測(cè)裝置和指令系統(tǒng),該系統(tǒng)曾在馬德里跟蹤站執(zhí)行跟蹤阿波羅任務(wù)?,F(xiàn)在的任務(wù)是支持美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)用于監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)太陽風(fēng)的衛(wèi)星ACE。該衛(wèi)星測(cè)量太陽風(fēng)的成分,磁場(chǎng)和來自其他地方的粒子。包括RAL在內(nèi)的世界上各地的監(jiān)測(cè)站晝夜搜集來自ACE的數(shù)據(jù),為NOAA提供預(yù)報(bào)可能破壞在軌道運(yùn)行的衛(wèi)星、地球的功率分布和通訊系統(tǒng)所需要的信息。

提供模擬宇宙條件的測(cè)試設(shè)備

RAL除提供模擬宇宙條件的測(cè)試設(shè)備外,還協(xié)助客戶確定和了解測(cè)試技術(shù)要求;幫助設(shè)計(jì)和加工測(cè)試固定設(shè)備;使RAL的設(shè)備滿足客戶的要求;提供費(fèi)用和進(jìn)度信息;確??煽糠?wù),保證工程進(jìn)度;進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)估。

Starlink–利用計(jì)算機(jī)處理和分析天文學(xué)數(shù)據(jù)

Starlink的主要宗旨是:

l 提供和協(xié)調(diào)英國(guó)天文學(xué)界、太陽地球物理和太陽科學(xué)家在研究中使用的先進(jìn)的相互作用數(shù)據(jù) 壓縮和分析工具;有Starlink自己的軟件,在加上諸如IRAF,AIPS和IDL這樣的軟件包,成為世界上的最佳工具。

l 確保這些工具與e科學(xué)中像AstroGrid這樣一些新的主要的動(dòng)議和ESO這樣的主要觀測(cè)設(shè)施。

l 鼓勵(lì)軟件共享和標(biāo)準(zhǔn)化,防止不必要的重復(fù)勞動(dòng)。

l 為系統(tǒng)運(yùn)行提供咨詢,提供硬件采購和維護(hù)服務(wù),辦理商業(yè)軟件許可證交易。

五、中心微型結(jié)構(gòu)裝置

Micro Actuators   

RAL的中心微型結(jié)構(gòu)裝置以電子束光刻為基礎(chǔ),為大學(xué)和工業(yè)界提供最先進(jìn)的微加工服務(wù)和研發(fā)設(shè)備,利用先進(jìn)的技術(shù)研制和加工樣機(jī)。中心微型結(jié)構(gòu)裝置為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界以及工業(yè)部門之間的合作提供良好的技術(shù)轉(zhuǎn)讓機(jī)會(huì)。

Chilbolton.jpg (38553 字節(jié))  

六、Chilbolton觀測(cè)站

Chilbolton觀測(cè)站是Chilbolton大氣和無線電研究設(shè)施(CFARR)所在地。CFARR為英國(guó)和歐洲科學(xué)界提供先進(jìn)的雷達(dá)和其他支持高質(zhì)量無線電、大氣科學(xué)和雷達(dá)研究的陸基遙感設(shè)施。通過提供標(biāo)定和核實(shí)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品改進(jìn)天氣預(yù)報(bào),了解氣候變化以及大氣對(duì)通信系統(tǒng)的影響,理事會(huì)各界和其他客戶的需要。

CAMRa(Chilbolton先進(jìn)氣象雷達(dá))為3 GHz多普勒極化雷達(dá),是CFARR的主要設(shè)施,是世界上最大的可完全轉(zhuǎn)變位置的氣象雷達(dá)。其他的雷達(dá)、激光雷達(dá)和氣象儀器為研究云、冰和雨提供一個(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)。

七、能源研究機(jī)構(gòu)epsrc.gif (130112 字節(jié))

能源研究機(jī)構(gòu)在風(fēng)能研究方面國(guó)際上享有一定的聲譽(yù),研究的題目包括空氣動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)電電子學(xué)、飛輪和電池能量?jī)?chǔ)存、控制系統(tǒng)、材料測(cè)試、預(yù)報(bào)、風(fēng)流速模擬、已建環(huán)境中的風(fēng)能,以及計(jì)算機(jī)模擬。

最近,能源研究機(jī)構(gòu)將其研究擴(kuò)大到其他再生能源,如光電能和一般與能量有關(guān)的包括氣候變化對(duì)能量使用、可持續(xù)性和能量效率的題目。它還管理一個(gè)測(cè)試場(chǎng),那里有2個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)風(fēng)渦輪、2臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、2個(gè)風(fēng)輪、電池儲(chǔ)存、1塊光電板和3個(gè)氣象塔。

能源研究機(jī)構(gòu)代表工程與物理科學(xué)研究理事會(huì)(EPSRC)管理備用工程儀器。備用的儀器由持有準(zhǔn)許證和大學(xué)生身份使用的便攜式的研究?jī)x器組成。持有EPSRC準(zhǔn)許證以及生物技術(shù)和生物科學(xué)研究理事會(huì)給予經(jīng)費(fèi)支持的用戶,可以免費(fèi)使用1-3 個(gè)月。英國(guó)學(xué)術(shù)界的其他成員需要使用時(shí),要支付適當(dāng)?shù)淖饨栀M(fèi)。這些儀器要運(yùn)輸和展示,但用戶在租賃這些儀器期間,不承擔(dān)將其用于自己的工作和運(yùn)行的責(zé)任。用戶還必須提供適當(dāng)保險(xiǎn),防止儀器在自己手中時(shí)發(fā)生意外損壞和被竊。要了解這些儀器的詳細(xì)情況,請(qǐng)讀TECHNICAL GUIDE。

八、無線電通信研究機(jī)構(gòu)

無線電通信研究機(jī)構(gòu)(RCRU)從事無線電波傳播、無線電通信和天文學(xué)方面廣泛題目的研究。大部分無線電波傳播方面的研究由無線電通信局提經(jīng)費(fèi)支持。越來越多的工作由其他機(jī)構(gòu)提供經(jīng)費(fèi),像NERC、EPSRC等。

RCRU多數(shù)研究工作由在Chilbolton的小組承擔(dān)。設(shè)備包括安裝在可完全改變位置的25米天線上的多頻率和多參數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)毫米波系統(tǒng),天文傳感器和一臺(tái)紫外垂直探測(cè)激光雷達(dá)。距Chilbolton 8公里處,有一臺(tái)多頻率衛(wèi)星接收系統(tǒng)。

在RAL實(shí)驗(yàn)室的RCRU承擔(dān)多數(shù)的分析和模擬工作。研究幫助改進(jìn)無線電波傳播樣機(jī),創(chuàng)建新穎的通信概念。這些對(duì)規(guī)劃無線電通訊和管理無線電波譜非常重要。  

 

九、分子譜裝置

分子光譜裝置為涉及紅外、可見和紫外線光譜研究的科研人員提供世界水平的科學(xué)設(shè)備和支持。這個(gè)復(fù)雜的裝置被許多國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)部門的研究小組用于從事廣泛的科學(xué)研究與開發(fā)項(xiàng)目。在RAL受到國(guó)際尊敬的空間科學(xué)與技術(shù)部的稱職人員提供必要水平的科技支持、培訓(xùn)和設(shè)備開發(fā),以滿足所有客戶的需要。

分子譜裝置的譜儀心臟部分由2個(gè)高清晰度的傅立葉分離變化譜儀和3個(gè)高靈敏度多通道譜儀組成。這些譜儀提供對(duì)光吸收、發(fā)射和散射寬帶測(cè)量,涉及從紅外線10cm-1到深紫外線55000 cm-1。分子譜裝置激光安全區(qū)可使用激光設(shè)備進(jìn)行譜或光的調(diào)整。

brufts1a.jpg (35654 字節(jié))傅立葉分離變化譜儀

 Bruker IFS 120HR傅立葉分離變化譜儀的最大光徑差為6米,光譜的清晰度為0.0015 cm–1,紅外線區(qū)的析像力大于100萬。該儀器特別適于研究氣體和蒸汽的詳細(xì)譜??蓪?duì)從毫秒到微秒(10-3-10-6秒)的時(shí)間范圍進(jìn)行時(shí)間析像測(cè)量。Bruker IFS 66v/S傅立葉分離變化譜儀更適合固體、液體和氣溶膠樣品的譜,0.12厘米的最高清晰度通常就足夠了。該儀器輕便,適于進(jìn)行野外測(cè)量。這兩種傅立葉分離變化譜儀由完全聯(lián)網(wǎng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)控制,可在真空下清洗或運(yùn)行。升級(jí)方案包括步進(jìn)掃描、FT-Raman、FT-顯微術(shù)、FT-NIR、毫微秒時(shí)間解析、光聲和反射譜。

多通道譜儀

分子譜儀裝置的3個(gè)高靈敏度光纖小型譜儀可以測(cè)量接近紅外到紫外波長(zhǎng)(200-1100毫微秒,時(shí)間分辨率到3毫秒)的低強(qiáng)度信號(hào)。2個(gè)CCD譜儀涵蓋這一波長(zhǎng)范圍,分辨率為0.6毫微秒,第三臺(tái)二極管陣列譜儀運(yùn)行在350-850毫微秒之間,分辨率為1.2毫微秒。

樣品單元

分子譜儀裝置在光學(xué)上與許多溫度可變譜單元連接。這些單元通過樣品提供5個(gè)數(shù)量級(jí)的光道長(zhǎng)度,從1毫米到1公里。這些單元由不銹鋼或玻璃建成,可用來對(duì)腐蝕性或活性樣品進(jìn)行研究。為在有興趣的波長(zhǎng)獲得最佳性能,單元的光學(xué)部件隨時(shí)可以變換。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取,所有單元都可與適度的溫度、壓力和濕度傳感器組合在一起,有各種樣品處理和合成的系統(tǒng)。

長(zhǎng)通道-長(zhǎng)度吸收單元

RAL的長(zhǎng)通道-長(zhǎng)度吸收系統(tǒng)是個(gè)9米長(zhǎng)的不銹鋼器皿,在長(zhǎng)光學(xué)通道-長(zhǎng)度32米到1公里多處,裝有寬帶高清晰度譜學(xué)多路反射光學(xué)設(shè)備。自動(dòng)記錄在計(jì)算機(jī)上的單元溫度,可控制在190和320K之間任何一點(diǎn)上,冷卻也可控制到77K。一個(gè)先進(jìn)的高真空系統(tǒng)能夠確保所有外部光學(xué)通道都可抽空。

短通道-長(zhǎng)度吸收單元

短通道-長(zhǎng)度吸收單元在中等通道-長(zhǎng)度1.6-20米處裝有寬帶高清晰度譜的多通道反射光學(xué)設(shè)備。單元的溫度可定在190和373K之間任何一點(diǎn),不銹鋼器皿內(nèi)的氣壓可高達(dá)500 kPa。

氣溶膠單元

有一個(gè)容積為75立方分米的單元用來在實(shí)驗(yàn)室里生成和研究廣泛氣溶膠系統(tǒng)的化學(xué)、物理和光學(xué)性能。氣溶膠粒子的溫度在180到350K之間,允許對(duì)不同狀態(tài)(非結(jié)晶和結(jié)晶的固體和液體)和氣體狀態(tài)的組成部分進(jìn)行研究。

其他設(shè)備

l單通道譜學(xué)單元,光通道-長(zhǎng)度1毫米到26厘米,有一個(gè)對(duì)撞-冷卻單元,用來研究低溫超冷卻氣體和蒸汽。

l寬帶光源和外殼,包括水銀放電(遠(yuǎn)紅外/紫外)、碳硅棒(紅外)、鎢(靠近紅外/可見光)、發(fā)光二極管(靠近紅外到靠近紫外)、氙?。ㄗ贤猓┖碗ㄉ钭贤猓?/P>

l 可調(diào)二極管激光譜儀。

l氦-氖和二極管激光準(zhǔn)直設(shè)備、激光工作臺(tái)和光學(xué)組件/架。

lBaratron測(cè)量計(jì)(10托-5巴)和濕度傳感器。

l 大流量和自動(dòng)閥控制器。

l電子測(cè)試/診斷設(shè)備,即數(shù)字示波管和各種電源。

l 蒸汽罩、旋轉(zhuǎn)、衍射和渦輪真空泵系統(tǒng)和真空測(cè)試設(shè)備。

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