有什麼方法能讓樣品，快速從1000度冷卻到80度？

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將樣品從1000攝氏度冷卻到80攝氏度需要多長時間？答案：4。5小時。但這浪費了很多寶貴的中子束時間，那麼SINE2020對此做了些什麼呢？許多中子實驗都是在真空中進行的，因此樣品環境裝置需要很好的絕緣，當想要冷卻樣品時，就會導致一些問題，物理定律就是擋道了！冷卻的最後幾百攝氏度是特別困難和緩慢的。目前的常規做法是，一旦樣品爐子溫度冷卻到150°C，就將其裝滿，讓溫度冷卻並保持水平，然後在再次填充容器之前，將較熱的氣體排空。填充過程是手動的，整個過程很耗時。

幸運的是，ISIS中子源和子源的一個團隊一直在研究這個問題，以獲得這個過程更快、更有效。其第一步是確定氣體可以進入樣品爐的最高溫度。經過一系列的測試，這是在500℃時下建立，下一階段是建立冷卻氣體的流動，而不是使用上述的間歇過程，這能讓氣體在流動時除去熱量。研究小組嘗試了幾種型別的氣體：氦氣、氬氣和氮氣，兩種氣體都在室溫下透過液氮冷卻迴路冷卻，但發現使用傳統氣體氦是最好的（這是在冷卻過程後回收的，這樣就不會浪費氦）。

接下來，研究了使用的最佳流速，即提供最快冷卻的流速。太快，它不會很好地散熱，而太慢，會需要更多的時間。最佳流速為2升/分鐘。幸運的是，在12個月期間對裝置的元件和使用壽命進行的測試表明，沒有受到快速冷卻的負面影響。在SINE2020的第一年內，冷卻時間僅為45分鐘。這比現有工藝快6倍。該系統已在ISIS所有樣品爐上以手動形式安裝了兩年，在12個月的時間內節省了39天的束流時間，相當於獲得了13次額外的中子實驗！當然，發展並沒有止步於此，為什麼不實現自動化呢？

更好的是，讓它可以遠端控制？電子設定包括用於操作的使用者友好觸控式螢幕，並使用高質量的電磁閥和質量流量控制閥。這些可以擴充套件裝置對未來可能性的適應性，例如，使用者希望在實驗期間將其樣品冷卻到設定溫度或透過設定的冷卻速率。這種裝置的遠端控制能力也將使使用者受益。在舒適的家中或酒店，也可以遠端啟動冷卻過程，當這樣到達時，樣品已經處於所需的溫度。這將使研究人員獲得額外45分鐘的床上休息時間，或者完成新論文的幾個段落。SINE2020中也定義了Secop協議標準，該標準已用於該裝置。

這將促進所有示例環境的互換性，因此它們可以在任何地方使用。這對於考慮生產這種快速冷卻爐以供銷售的公司來說非常重要。SINE2020透過其資金支援開發了最新示例改進，現在可以生產更多這樣的樣品熔爐，用於ISIS和世界各地其他中子源的儀器。事實上，透過SINE2020合作，ILL已經實現了4倍快的冷卻時間。

博科園｜研究/來自：CORDIS

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