المصدر الأوروبي للتشظي

يُعدّ مصدر النيوترونات الأوروبي ERIC ( ESS ) مرفقًا بحثيًا متعدد التخصصات قيد الإنشاء حاليًا ^{[ 1 ]} في لوند ، السويد. ^{[ 2 ]} ويقع مركز إدارة البيانات والبرمجيات التابع له (DMSC) في نفس موقع جامعة الدنمارك التقنية (DTU) في لينغبي ، الدنمارك. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} وتشارك في بناء وتشغيل ESS 13 دولة أوروبية مساهمة (جمهورية التشيك، الدنمارك، إستونيا، فرنسا، ألمانيا، المجر، إيطاليا، النرويج، بولندا، إسبانيا، السويد، سويسرا، والمملكة المتحدة). ^{[ 6 ]} ومن المقرر أن يبدأ ESS برنامجه العلمي للمستخدمين في عام 2027، عند اكتمال مرحلة الإنشاء. ^{[ 7 ]} وسيساعد ESS العلماء من الدول الشريكة في تحديد وفهم البنى الذرية والمغناطيسية الأساسية ، والخصائص الذرية والمغناطيسية الديناميكية المرتبطة بها، والتي يصعب دراستها باستخدام مصادر النيوترونات الأخرى من حيث الأطوال والمقاييس الزمنية. ^{[ ٨ ]} يقع مركز الأبحاث بالقرب من مختبر MAX IV ، الذي يُجري أبحاثًا تكميلية باستخدام إشعاع السنكروترون . بدأ بناء مركز ESS في صيف عام ٢٠١٤، ومن المقرر ظهور أولى النتائج العلمية في عام ٢٠٢٧.

أثناء التشغيل، سيستخدم مفاعل ESS التفتت النووي ، وهي عملية يتم فيها تحرير النيوترونات من العناصر الثقيلة بواسطة بروتونات عالية الطاقة . تُعتبر هذه العملية أكثر أمانًا من انشطار اليورانيوم ، نظرًا لأن التفاعل يتطلب مصدر طاقة خارجيًا يمكن إيقافه بسهولة. علاوة على ذلك، يُنتج التفتت عددًا أكبر من النيوترونات القابلة للاستخدام مقابل كمية معينة من الحرارة المهدرة مقارنةً بالانشطار. يُعد مفاعل ESS مثالًا على مصدر "النبضات الطويلة" (بالمللي ثانية). ^{[ 9 ] [ 10 ]} . في المقابل، تُعد مصادر التفتت واسعة النطاق الأخرى، مثل ISIS و SNS ومصدر النيوترونات بالتفتت الصيني و J-PARC، أمثلة على مصادر "النبضات القصيرة". من المتوقع أن تُسهّل طبيعة النبضات الطويلة الفريدة لمفاعل ESS، بالإضافة إلى ذروة سطوع حزمة النيوترونات الناتجة، إجراء تجارب لم تكن ممكنة في المصادر الحالية، على سبيل المثال، بسبب ضعف الإشارات المطلوبة، أو صغر حجم العينات المتاحة، أو قصر النطاقات الزمنية المطلوبة. ^{[ 11 ]}

يتألف مرفق ESS من مُسرِّع خطي ، تُسرَّع فيه البروتونات إلى سرعات نسبية ، ثم تُترك لتصطدم بعجلة هدف دوارة من التنجستن مُبرَّدة بالهيليوم، مُولِّدةً نبضات مكثفة من النيوترونات. يوجد فوق عجلة التنجستن أحواض من الهيدروجين المُبرَّد والماء عند درجة حرارة الغرفة. تفقد النيوترونات عالية الطاقة المنبعثة من نوى التنجستن في عملية التفتت النووي معظم طاقتها نتيجةً للتصادمات غير المرنة داخل مُعدِّلات الهيدروجين والماء، وتصل إلى حالة توازن حراري عند درجات حرارة هذه الأوساط. تُغذِّي النيوترونات الباردة والحرارية المنبعثة من سطح المُعدِّلات موجهات فائقة الانعكاس للنيوترونات . تعمل هذه الموجهات بشكل مشابه للألياف البصرية ، حيث تُوجِّه حزم النيوترونات إلى محطات تجريبية، حيث تُجرى الأبحاث على مجموعة متنوعة من المواد.

يمكن تطبيق تقنية تشتت النيوترونات في مجموعة واسعة من الاستكشافات العلمية في الفيزياء والكيمياء والجيولوجيا وعلم الأحياء والطب. وتُستخدم النيوترونات كأداة لكشف بنية المادة ووظيفتها من المستوى المجهري وصولاً إلى المستوى الذري، مما يتيح إمكانية تطوير مواد وعمليات جديدة. ^{[ 12 ]}

أثناء عملية البناء، أصبح نظام ESS اتحادًا أوروبيًا للبنية التحتية البحثية، أو ERIC، في 1 أكتوبر 2015.

استثمر بنك الاستثمار الأوروبي 50 مليون يورو  في نظام ESS. ويحظى هذا الاستثمار بدعم من برنامج InnovFin-EU للتمويل للمبتكرين، ^{[ 13 ]} وهي مبادرة أطلقتها مجموعة بنك الاستثمار الأوروبي بالتعاون مع المفوضية الأوروبية في إطار برنامج Horizon 2020 ، برنامج الاتحاد الأوروبي للبحث والابتكار. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

عندما تم بناء مصدر النيوترونات ISIS في إنجلترا عام 1985، أدى نجاحه في إنتاج صور غير مباشرة للهياكل الجزيئية إلى ظهور إمكانية إنشاء مصدر نيوترونات أكثر قوة. وبحلول عام 1993، بدأت الجمعية الأوروبية لتشتت النيوترونات بالدعوة إلى بناء مصدر نيوترونات جديد، وأصبح المشروع يُعرف لاحقًا باسم ESS. ^{[ 16 ]}

سرعان ما أصبح علم النيوترونات أداةً بالغة الأهمية في تطوير المنتجات الصناعية والاستهلاكية على مستوى العالم. لدرجة أن منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD) أعلنت في عام 1999 ضرورة بناء جيل جديد من مصادر النيوترونات عالية الكثافة، بواقع مصدر واحد في كل من أمريكا الشمالية وآسيا وأوروبا. ^{[ 16 ]} تمثل التحدي الذي واجهته أوروبا في تنوع حكوماتها الوطنية، ووجود مجتمع بحثي نشط يضم آلاف الباحثين. في عام 2001، أشارت خارطة طريق أوروبية لتطوير أنظمة تعمل بالمسرعات لحرق النفايات النووية إلى إمكانية تجهيز حزمة النيوترونات في محطة ESS للمستخدمين بحلول عام 2010. ^{[ 17 ]} اجتمعت فرقة عمل دولية أوروبية في بون، ألمانيا، عام 2002 لمراجعة النتائج، وتوصلت إلى توافق إيجابي في الآراء بشأن بناء محطة ESS. اجتمعت مجموعة أصحاب المصلحة بعد عام لمراجعة التقدم الذي أحرزته فرقة العمل، وفي عام 2003، تم اعتماد مفهوم تصميم جديد حدد مسار بدء التشغيل بحلول عام 2019. ^{[ 16 ]}

على مدى السنوات الخمس التالية، أسفرت عملية اختيار عن اختيار مدينة لوند السويدية لتكون موقعًا لمصدر التشتت الأوروبي (ESS). وقد أُعلن عن الاختيار النهائي لمدينة لوند في بروكسل، بلجيكا، في 28 مايو/أيار 2009. ^{[ 16 ]} وفي 1 يوليو/تموز 2010، نُقل موظفو وعمليات مشروع مصدر التشتت الأوروبي (ESS Scandinavia) من جامعة لوند إلى شركة "European Spillation Source ESS AB"، وهي شركة ذات مسؤولية محدودة أُنشئت لتصميم وبناء وتشغيل مصدر التشتت الأوروبي في لوند. ويقع مقر الشركة الرئيسي في وسط مدينة لوند. ^{[ 18 ]}

أصبح مشروع ESS اتحادًا أوروبيًا للبنية التحتية البحثية ، أو ERIC، في 1 أكتوبر 2015. الأعضاء المؤسسون لمصدر التشتت الأوروبي ERIC هم جمهورية التشيك، والدنمارك، وإستونيا، وفرنسا، وألمانيا، والمجر، وإيطاليا، والنرويج، وبولندا، وإسبانيا، والسويد، وسويسرا، والمملكة المتحدة. ^{[ 19 ]}

اعتبارًا من عام 2013، بلغت التكلفة التقديرية للمنشأة حوالي 1.843 مليار يورو (أو 1.958 مليار دولار أمريكي). وتخطط كل من السويد والدنمارك، الدولتين المضيفتين، لتغطية نصف المبلغ تقريبًا. ومع ذلك، كانت المفاوضات جارية بشأن المساهمات الدقيقة من كل شريك. ^{[ 20 ]} من عام 2010 وحتى 30 سبتمبر 2015، أُديرت محطة ESS كشركة مساهمة سويدية (aktiebolag). ^{[ 16 ]}

يستخدم جهاز ESS مُسرِّعًا خطيًا ^{[ 25 ]} ( linac ) لتسريع حزمة من البروتونات من مخرج مصدر الأيونات عند طاقة 75 كيلو إلكترون فولت إلى 2 جيجا إلكترون فولت . عند مدخل المُسرِّع، تتحرك البروتونات بسرعة تُقارب 1% من سرعة الضوء ، وفي نهاية المُسرِّع، تصل سرعتها إلى حوالي 95% من سرعة الضوء. يستخدم المُسرِّع تجاويف موصلة عادية وأخرى فائقة التوصيل .

تُعدّ تجاويف التوصيل العادية رباعية الأقطاب بترددات الراديو ( RFQ )، وتعمل بتردد 352.21 ميجاهرتز ، وتُسرّع حزمة البروتونات حتى طاقة 3.62 ميجا إلكترون فولت . يليها خط نقل البروتونات متوسطة الطاقة (MEBT)، الذي ينقل الحزمة من RFQ إلى الخط التالي لمزيد من التسريع. في MEBT، تُقاس خصائص الحزمة، وتُزال الهالة العرضية المحيطة بها، كما يُزال رأس وذيل نبضة الحزمة باستخدام مُقطِّع كهرومغناطيسي مُنحرف عرضيًا. يُسرّع مُسرِّع الأنابيب الانجرافية الخطي ( DTL) ، وهو البنية الواقعة أسفل MEBT، الحزمة إلى حوالي 90 ميجا إلكترون فولت. عند هذه الطاقة، يحدث انتقال من تجاويف التوصيل العادية إلى تجاويف التوصيل الفائق. 

تُسرّع ثلاث مجموعات من التجاويف فائقة التوصيل الحزمة إلى طاقتها النهائية البالغة 2 جيجا إلكترون فولت، أولًا قسم يستخدم تجاويف ثنائية الشعاع حتى طاقة تبلغ حوالي 216 ميجا إلكترون فولت، ثم مجموعتان من التجاويف الإهليلجية المُحسّنة لتسريع البروتونات متوسطة وعالية الطاقة بتردد 704.42  ميجاهرتز. بعد التجاويف الإهليلجية، يوجّه خط نقل الحزمة إلى الهدف، وقبل إرسال الحزمة إلى الهدف مباشرةً لإنتاج نيوترونات التفتت، يُوسّع الخط الحزمة ويُغطي الهدف لتبديد الحرارة المتولدة على مساحة أكبر.

يبلغ معدل تكرار المعجل الخطي 14 هرتز، ومدة نبضات البروتونات 2.86 مللي ثانية ، مما يجعل عامل التشغيل للمعجل الخطي 4%. يبلغ تيار الحزمة داخل النبضة 62.5 مللي أمبير، ومتوسط ​​تيار الحزمة 2.5 مللي أمبير .

باستثناء وحدة RFQ التي تستخدم نفس البنية والمجال لتسريع وتركيز الحزمة، يتم التركيز العرضي لحزمة البروتونات باستخدام عدسات مغناطيسية. في نقل الحزمة منخفضة الطاقة، مباشرةً بعد مصدر الأيونات، تُستخدم ملفات لولبية مغناطيسية، وفي وحدة DTL تُستخدم مغانط رباعية الأقطاب دائمة، بينما يستخدم باقي المعجل الخطي مغانط رباعية الأقطاب كهرومغناطيسية.

• سيتم بناء مصدر ESS حول هدف صلب من التنجستن ، يتم تبريده بغاز الهيليوم . ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}
• ستتولد المواد المشعة من خلال عملية التفتت ، لكن الهدف الصلب يجعل التعامل مع هذه المواد أسهل وأكثر أمانًا مما لو تم استخدام هدف سائل.
• تتعاون شركات ESS و E.on و Lunds Energi في مشروع يهدف إلى جعل المنشأة أول مركز أبحاث مستدام بالكامل واسع النطاق في العالم من خلال الاستثمار في طاقة الرياح . ^{[ 29 ]} ومن المتوقع أن يشمل مشروع ESS توسعة مزرعة رياح نيستيد .
• سيكون تخزين ونقل المواد المشعة أمراً ضرورياً، لكن الحاجة إليه أقل بكثير من الحاجة إلى مفاعل نووي .
• يتوقع مشروع ESS أن يكون محايدًا من حيث انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 30 ]}
• ستؤدي التحسينات الأخيرة في التصميم إلى تقليل استهلاك الطاقة في أنظمة تخزين الطاقة. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

تحيط بالمحطة المستهدفة قاعاتٌ للأجهزة العلمية موزعة في أربعة أقسام باتجاهاتٍ رئيسية. ^{[ 33 ]} في القسم الغربي، تقع الأجهزة العلمية على بُعد 156  مترًا من مركز المحطة المستهدفة. وتتراوح المسافة بين 50 و80  مترًا في القسم الجنوبي، بينما تقع الأجهزة العلمية الأقرب إلى المحطة المستهدفة في القسمين الشمالي والشرقي. ^{[ 33 ]}

في البداية، سيتم بناء 15 جهازًا علميًا مختلفًا: ^{[ 34 ]}

الهياكل واسعة النطاق:

• سكادي ( SANS للأغراض العامة ) ^{[ 34 ]}
• LoKI (Broadband SANS) ^{[ 34 ]}
• فريا ( مقياس الانعكاس الأفقي ) ^{[ 34 ]}
• ESTIA (مقياس الانعكاس العمودي) ^{[ 34 ]}
• NMX (مقياس حيود الجزيئات الكبيرة) ^{[ 34 ]}

الانعراج :

• هيمدال ( مقياس حيود المسحوق ) ^{[ 34 ]}
• DREAM (مقياس حيود المساحيق) ^{[ 34 ]}
• BEER (مقياس حيود هندسي) ^{[ 34 ]}
• MAGiC (مقياس حيود المغناطيسية) ^{[ 34 ]}
• أودين (التصوير) ^{[ 34 ]}

التحليل الطيفي :

• CSPEC ( مطياف التقطيع البارد ) ^{[ 34 ]}
• T-REX (مطياف التقطيع الحراري) ^{[ 34 ]}
• BIFROST (مطياف التحليل البلوري) ^{[ 34 ]}
• VESPA (مطياف الاهتزازات) ^{[ 34 ]}
• المعجزات (مطياف التشتت الخلفي) ^{[ 34 ]}

تم الانتهاء من أجهزة LOKI و BIFROST و ODIN في ديسمبر 2025. ومن المتوقع أن تتبعها أجهزة DREAM و NMX و ESTIA في النصف الأول من عام 2026. وباستثناء VESPA ، من المتوقع الانتهاء من الأجهزة المتبقية قبل نهاية عام 2027.

في فبراير 2025، أعلن مشروع ESS عن دعوة موجهة إلى مجتمع علوم النيوترونات الأوروبي للمساهمة بآرائهم في وضع خارطة طريق للأجهزة المستقبلية في ESS، بما يتجاوز الأجهزة الخمسة عشر الأصلية ^{[ 35 ]} . وستبقى الدعوة مفتوحة لمدة عام.

يُعدّ مشروع مصدر النيوترينو الأوروبي فائق الحزمة (ESSnuSB) تجربةً مقترحةً لقياس النيوترينوات طويلة المدى باستخدام مُسرِّع جسيمات في السويد. في حال إنشاء هذا المرفق، سيتم إنتاج حزمة نيوترينوات عالية الكثافة بهدف قياس انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) عند ذروة التذبذب الثانية للنيوترينو، مما يوفر حساسيةً أعلى من الذروة الأولى. بعد عشر سنوات من جمع البيانات، من المتوقع أن يغطي مشروع ESSnuSB أكثر من 70% من نطاق طور انتهاك تناظر الشحنة الزوجية (CP) بمستوى ثقة 5σ، محققًا دقةً أفضل من 8 درجات لجميع قيم δCP. يركز مشروع التوسعة ESSnuSB+ على قياس المقاطع العرضية لتفاعل النيوترينو مع النواة في نطاق طاقة 0.2-0.6 جيجا إلكترون فولت لمعالجة أوجه عدم اليقين المنهجية. سيتم تحقيق ذلك باستخدام مرفقين جديدين: مرفق LEnuSTORM منخفض الطاقة، ومرفق LEMNB منخفض الطاقة لمراقبة حزمة النيوترينوات. يشمل المشروع أيضًا تطوير نموذج أولي لمحطة الهدف، وكاشف قريب مشترك، ودراسات حول كواشف تشيرينكوف المائية المُطعّمة بالغادولينيوم. ^{[ 36 ] [ 37 ]} هذا المشروع غير ممول حاليًا، ولا يندرج ضمن خطة تطويرات نظام ESS المستقبلية.

• مصدر النيوترونات ISIS – مصدر للتفتت يقع في ديدكوت، المملكة المتحدة. يعمل منذ عام 1984.
• مصدر النيوترونات بالتفتت - مصدر للتفتت يقع في أوك ريدج، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية. يعمل منذ عام 2007.
• مركز أبحاث الفيزياء التطبيقية الياباني (J-PARC) – مصدر للتفتت النووي يقع في توكاي، اليابان. يعمل منذ عام 2008.
• مصدر النيوترونات بالتفتيت الصيني - مصدر للتفتيت يقع في دونغقوان، الصين. يعمل منذ عام 2018.
• MAX IV – مرفق إشعاع الأشعة السينية السنكروترونية في لوند، السويد.

• S. Peggs et al. ESS Technical Design Report مؤرشف في 15 يوليو 2015 في Wayback Machine ، أبريل 2013.
• المصدر الأوروبي للتفتت النووي. تقرير أنشطة المصدر الأوروبي للتفتت النووي لعام 2015 ، أبريل 2015.
• المصدر الأوروبي للتشظي. سلسلة الميزات: مجموعة أدوات ESS ، 2014-2015.
• هالونستين، أ. 2012. مقدمة: في سبيل تحقيق وعد. في: أ. هالونستين (محرر)، في سبيل تحقيق وعد: منظورات حول العملية السياسية لإنشاء المصدر الأوروبي للتشظي (ESS) في لوند، السويد (ص 11-19). لوند: دار أركيف الأكاديمية للنشر، 2012، ص  12.
• برولينغهوير، ن.؛ هيربست، م.؛ هيول-فابيانيك، ب.؛ مورمان، ر.؛ نابي، ر.؛ شلوغل، ب.، فاندربورغت، ج. 2009: تقدير معدلات الجرعات من المياه الجوفية المنشطة في مواقع المسرعات. التكنولوجيا النووية، المجلد 168، العدد 3، ديسمبر 2009، الصفحات  924-930.
• Heuel-Fabianek, B. 2014: معاملات التقسيم (Kd) لنمذجة عمليات نقل النويدات المشعة في المياه الجوفية (PDF؛ 9,4  ميجابايت) JÜL-Berichte, Forschungszentrum Jülich, Nr. 4375، 2014، ISSN 0944-2952.
• تي. باركر. تقرير التصميم البيئي لشركة ESS ، يناير 2013.

• موقع المصدر الأوروبي للتشظي . المصدر الأحدث للمعلومات حول مشروع ESS.
• تحديثات أسبوعية عن أعمال بناء محطة الطاقة الشمسية وكاميرات ويب مباشرة في موقع البناء.
• essworkshop.org – تعرف على كيفية تقدم تصميم الأجهزة لمشروع ESS-Scandinavia المستقبلي.
• مشروع BrightnESS، وهو مشروع منحة من الاتحاد الأوروبي لدعم ESS.
• SREss، مشروع منحة الاتحاد الأوروبي لدعم ESS.

55°44′06″ شمالاً 13°15′05″ شرقاً / 55.7350° شمالاً 13.2514° شرقاً / 55.7350; 13.2514