Zurab Shermadini, Rustem Khasanov, Matthias Elender y Alex Amato en PSI han analizado el diseño de una celda de presión de cilindro y pistón de doble pared diseñada específicamente para experimentos de rotación de muón-espín (μSR).

El primer paso fue hacer los cilindros internos y externos de un diseño de celda de presión de doble pared con cobre berilio (CuBe), una aleación común utilizada para celdas de presión μSR. Este material tiene contribuciones de bajo fondo bien definidas a la señal μSR que son casi independientes de la temperatura y, por lo tanto, favorables para su uso en estudios de μSR a baja temperatura. A continuación, se analizaron las características mecánicas utilizando el software de análisis de elementos finitos (FEA) ANSYS, que permitió optimizar las dimensiones de la celda para intentar alcanzar la presión más alta posible manteniendo la seguridad de los experimentos.

Se construyó un prototipo que permitía una presión de unos 18 kbar, de acuerdo con las simulaciones ANSYS, pero después de una tercera aplicación de presión consecutiva, el cilindro exterior se rompió a medida que las tensiones se acumulaban en su interior.

Para mejorar el diseño, Se construyó un segundo prototipo utilizando otra aleación no magnética comúnmente utilizada para celdas de presión μSR:MP35N. Este material se utilizó para el cilindro exterior en lugar del CuBe. Las pruebas revelaron que se podían alcanzar presiones de ~ 2,6 GPa sin ningún daño irreversible de la celda. Afortunadamente, como los muones se detienen principalmente en el cilindro interior de CuBe durante los experimentos, todavía había una señal SR de fondo bajo a pesar del cambio en el material del cilindro exterior.

El trabajo se ha publicado ahora en el Journal of High Pressure Research y los usuarios de μSR ahora tienen acceso a una celda de pistón para técnicas de μSR que alcanza presiones 1,5 veces más altas de lo que era posible anteriormente.