Beamline

Linha de feixe em um acelerador de partículas

Nos aceleradores de partículas, a linha de feixe é normalmente alojada em um túnel e/ou no subsolo, dentro de uma carcaça de cimento. A linha de feixe é normalmente de metal cilíndrico. Os nomes típicos incluem, tubo de viga, e/ou uma seção em branco chamada tubo de derivação. Toda essa seção deve estar sob um bom vácuo para que a viga viaje por uma longa distância.

Uma equipe de levantamento e alinhamento alinha cuidadosamente os segmentos da linha de feixe usando um rastreador a laser. Todas as linhas de feixe devem estar dentro da tolerância de micrometros. Um bom alinhamento ajuda a evitar a perda do feixe e a colisão do feixe com as paredes dos tubos, o que cria emissões secundárias e/ou radiação.

É impossível ver o tubo de viga nesta linha de viga. Entretanto, a seção do tubo do feixe grande é usada com um sistema de grade para alinhamento com um laser, conhecido como o tubo do laser. Esta linha de feixe em particular tem aproximadamente 3 quilômetros de comprimento.

Linha de feixe de radiação sincrotrônica

Em relação aos sincrotrons, uma linha de feixe é a instrumentação que transporta os feixes de radiação sincrotrônica para uma estação final experimental, que utiliza a radiação produzida pelos ímãs de flexão e dispositivos de inserção no anel de armazenamento de uma fonte de luz sincrotrônica. Uma aplicação típica para este tipo de linha de feixe é a cristalografia. Os cientistas também utilizam a luz sincrotrônica de muitas outras maneiras.

Um grande laboratório sincrotron terá muitas linhas de feixe, cada uma otimizada para um determinado campo de pesquisa. As diferenças dependerão do tipo de dispositivo de inserção (que, por sua vez, determina a intensidade e a distribuição espectral da radiação); do equipamento de condicionamento do feixe; e da estação final experimental. Uma linha típica de feixe em um sincrotron moderno terá de 25 a 100 m (82 pés a 328 pés) de comprimento desde o anel de armazenamento até a estação final, e pode custar até milhões de dólares americanos. Por esta razão, uma instalação sincrotrônica é freqüentemente construída em etapas, com as primeiras linhas de feixe no início da operação, e outras linhas de feixe sendo adicionadas posteriormente conforme o financiamento permitir.

Os elementos da linha de feixe estão em recintos de proteção contra radiação, chamados cabanas, que são do tamanho de uma pequena sala (cabine). Uma linha de feixe típica consiste de duas cabanas, uma cabana óptica para os elementos condicionadores do feixe e uma cabana experimental, que abriga o experimento. Entre as cabanas, o feixe viaja em um tubo de transporte. As pessoas não podem entrar nas cabanas quando o obturador do feixe está aberto e a radiação pode entrar na cabana. As cabanas têm sistemas de segurança complexos com funções redundantes de travamento para garantir que ninguém esteja dentro da cabana quando a radiação é ligada. O sistema de segurança também desligará o feixe de radiação se a porta da cabana for aberta acidentalmente quando o feixe estiver ligado. Neste caso, o feixe é desligado despejando o feixe de elétrons que circula no sincrotron. Assim, a abertura de uma porta desligará todas as linhas de feixe da instalação.

Os expertos utilizam os seguintes elementos que são usados nas linhas de feixe para condicionar o feixe de radiação entre o anel de armazenamento e a estação final:

• Janelas - chapas finas de metal, muitas vezes berílio, que transmitem quase toda a viga, mas protegem o vácuo dentro do anel de armazenamento contra contaminação
• Fendas - que controlam a largura física da viga e sua distribuição angular
• Espelhos de focalização - um ou mais espelhos, que podem ser planos, planos curvos ou toroidais, o que ajuda a colimar (focalizar) a viga
• Monocromadores - dispositivos baseados na difração por cristais que selecionam bandas de comprimento de onda particulares e absorvem outros comprimentos de onda, e que às vezes são sintonizáveis a comprimentos de onda variáveis, e às vezes fixados a um determinado comprimento de onda
• Tubos espaçadores - tubos de manutenção a vácuo que proporcionam o espaço adequado entre os elementos ópticos, e protegem qualquer radiação dispersa
• Etapas da amostra - para montagem e manipulação da amostra em estudo e submetê-la a várias condições externas, tais como temperatura variável, pressão, etc.
• Detectores de radiação - para medir a radiação que interagiu com a amostra

A combinação de dispositivos de condicionamento do feixe controla a carga térmica (aquecimento causado pelo feixe) na estação final; o espectro de radiação incidente na estação final; e o foco ou colimação do feixe. Os dispositivos ao longo da linha do feixe que absorvem energia significativa do feixe podem precisar ser ativamente resfriados pela água, ou nitrogênio líquido. Todo o comprimento de uma linha de feixe é normalmente mantido sob condições de vácuo ultra-alto.

Dentro da cabana de Diagnóstico Óptico (ODB) na Synchrotron australiana; a linha de feixe termina na pequena abertura na parede traseira


O funcionamento exposto de uma linha de raio X suave e a estação final no Synchrotron australiano

Linha de feixe de nêutrons

Uma estação final experimental em uma instalação de nêutrons é chamada linha de feixe de nêutrons. Superficialmente, as linhas de feixes de nêutrons diferem das linhas de feixes de radiação sincrotrônica principalmente pelo fato de utilizarem nêutrons de um reator de pesquisa ou uma fonte de espalação em vez de fótons. As experiências geralmente medem a dispersão de nêutrons a partir da amostra em estudo.

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