שרף (מאיץ חלקיקים)
התוכנית המדעית של שרף ב'

מבנה שרף מכיל ארבעה אזורי הקרנה (איור 6).
המטרה להפקת ניטרונים מהירים תשמש כבלם הקרן של המאיץ, וכמקור ניטרונים בקצב של עד 1.3×1015 ניטרונים לשנייה. השימושים בהם למחקר תהליכים גרעיניים ונזקי קרינה בחומרי מבנה של תחנות כוח עתידיות המבוססות על כורי היתוך גרעיניים. יתוכננו ויותקנו תחנות הקרנה הצמודות ככל האפשר למקור הניטרונים, עם אמצעים אוטומטיים לשינוע דוגמאות לאזור הקרינה הגבוהה. שטף הניטרונים על דוגמאות קטנות ליד המקור יהיו נמוכות רק בסדר גודל ביחס לזה המתוכנן ב־IFMIF-DONES, שהוא מתקן האמור להיות מבוסס על מאיץ דאוטרונים באנרגיה של 40 MeV וזרם של 125 mA, לצורך לימוד נזקי הקרינה הצפויים בכור ההיתוך הראשון האמור להדגים שימוש בטכנולוגיה זו לייצור חשמל (DEMO). הקמתו של IFMIF-DONES טרם מומנה, ולכן בעתיד הנראה לעין, שרף ב' יהיה בין מקורות הניטרונים המהירים העוצמתיים ביותר בעולם, ולפיכך יאפשר בדיקות ומחקרים ראשוניים של נזקי קרינה בכורי היתוך.
בנוסף, מתוכנן להקרין את הניטרונים המהירים על מטרה אקטינידית דקה לייצור כמויות גבוהות של תוצרי ביקוע, על ידי ביקוע מושרה ניטרונים בקצב של 1010 ביקועים בשנייה. התוצרים יואטו לאנרגיה תרמית בתא עצירה גזי, יופרדו ויועברו לאמצעי מדידה. תכן המערכת הזו מתבצע במסגרת שיתוף פעולה מדעי עם מעבדת המאיצים GSI בגרמניה. התכן מבוסס על מערכת עצירת היונים הקיימת שם (FRS Ion Catcher), עם תא עצירה הדומה לזה המתוכנן עבור הדור הבא של מערכת עצירת היונים אשר תותקן במאיץ העתידי FAIR, גם הוא בגרמניה.
במערכת זו צפויות מדידות מדויקות של תנובות ביקוע איזוטופיות ויחסי איזומרים של תוצרי ביקוע עבור אנרגיות ניטרונים שונות, נתונים החשובים לחקר תהליך הביקוע הגרעיני, תכנון הדורות הבאים של תחנות כוח מבוססי כורי ביקוע, וניהול בטוח של דלק גרעיני שרוף. הפרדה על פי מסות ומדידה מדויקת של המסות יאפשרו מחקרים של איזוטופים ספציפיים, אשר ייוצרו בקצב גבוה במיוחד (106 איזוטופים לשנייה של 132Sn, המהווה מדד סטנדרטי של מתקני מחקר מסוג זה). מחקרי איזוטופים ספציפיים חשובים להבנת תהליך יצירת היסודות ביקום על ידי בליעת ניטרונים מהירה (r-process), והרחבת תיאוריות של גרעין האטום אל הרחק מעמק היציבות.
ניטרונים תרמיים ישמשו לרדיוגרפיה ודיפרקציה, עם שטף של 5×105 ניטרונים לשנייה לסמ"ר במצלמת הניטרונים התרמיים. דימות ניטרונים תרמיים היא אמצעי משלים לדימות עם אלומות פוטונים (קרינת X, גמא). בנוסף, מתוכננת עמדה הקרנה פנימית בניטרונים בשטף של 1012 ניטרונים לשנייה לסמ"ר עבור אנליזת אקטיבציית ניטרונים (NAA), שיטה לזיהוי מדויק של תכולת החומרים בדוגמאות נתונות. שטפי הניטרונים התרמיים הצפויים באמצעי הדימות והמדידה בשרף ב' דומים לאלו של כור מחקר בהספק של מגה-וואט אחדים. בכך תודגם היכולת של מאיצים באנרגיה בינונית להוות תחליף לכורי מחקר עבור יישומים אלו.
ניטרונים פולסיים בקצב הגבוה בצפוי בשרף, 1012 ניטרונים לשנייה, עם ספקטרום אנרגיה רחב עד עשרות MeV, הם שימושיים מאד לחקר תהליכים גרעיניים בסיסיים ומחקר ופיתוח של שיטות דימות ייחודיות. בשרף ב' ייווצרו פולסי ניטרונים ברוחב של כ-1 ננו-שנייה בלבד בקצב של עד 200kHz, שיאפשרו מדידות מגוונות בתלות באנרגיית הניטרונים, אותה נחלץ בשיטת זמן מעוף (time of flight – TOF). תחנת הקרנה זו צפויה לכלול גם מטרת ליתיום דקה (כ- 1.5 מילימטר) אשר באמצעותה ניתן להפיק אלומות ניטרונים באנרגיה כמעט אחידה (quasi-mono-energetic), עד כ־30 MeV, הניתנת לכוונון על ידי שינוי אנרגיית הפרוטונים הפוגעים במטרת הליתיום, בשטף של 1010 ניטרונים לשנייה ל־sr. בנוסף, מתוכננת גם מטרה שתהיה מוקפת במאט ניטרונים, אשר תייצר ניטרונים עם אנרגיה בתחום האפי-תרמי, בשטף של 104 ניטרונים לשנייה לסמ"ר במרחק של 10 מטרים ממטרת הייצור.
נתונים ניסויים של חתכי פעולה מושרי ניטרונים מהירים הם נדירים למדי, ודרושים כדי להרחיב תיאוריות של תהליכים גרעיניים לאנרגיות גבוהות, והבנה של הרקע הגרעיני בחיפושים אחר חלקיקים ותהליכים נדירים כגון חומר אפל, ודעיכת בטא כפולה ללא ניטרינו. בהיבט היישומי, חתכי פעולה אלו חשובים לתכן של כורי ביקוע מדור רביעי המבוססים ניטרונים מהירים, מתקנים עתידיים להמרת דלק שרוף קורן לחומרים שפירים יותר, והערכה עיונית של נזקי הקרינה בכורי היתוך גרעיני עתידיים.
באזור הניסויים בהספק נמוך תימשך תוכנית המחקר עם ניטרונים אפי-תרמיים בתחום האסטרופיזיקה (s-process) והרפואה (BNCT), עם גרסה משודרגת של מטרת לילית. השימוש יהיה באב הטיפוס של גלית (איור 5) כדי לייצר קצב ניטרונים של עד 1013 ניטרונים לשנייה, על מנת לייצר וללכוד 6He, 8Li ו- 18,19Ne בקצב של 1011 איזוטופים לשנייה. קצב גבוה זה יאפשר מדידות מדויקות של ההתפלגויות הזוויתיות של תוצרי דעיכת בטא של איזוטופים אלו, שעשויים להביא לגילוי תופעות פיזיקליות מעבר למודל הסטנדרטי של החלקיקים האלמנטריים.
מעבר לשימוש לעיל בניטרונים, יהיה שימוש גם בפרוטונים והדאוטרונים עצמם עבור מחקר בסיסי ויישומי. נתונים על חתכי פעולה מושרי דאוטרונים הם נדירים למדי, בייחוד באנרגיות גבוהות, דבר המגביל את האמינות של תיאוריות גרעיניות בתחום זה. תיאוריות המתארות תהליכים מושרי דאוטרונים הן אתגריות במיוחד, שכן דאוטרונים שונים מהותית מגרעינים אחרים, בכך שאנרגיית הקשר בין הפרוטון והדאוטרון המרכיבים אותם חלשה באופן יחסי, דבר הגורם להתפרקות הדאוטרונים ברוב התהליכים הגרעיניים שהם משרים. בהיבט היישומי, הערכת הרדיו-אקטיביות הנוצרת כתוצאה מפגיעת דאוטרונים בחומרי מבנה של מאיצים, חשובה ביותר לתכנון של מקורות ניטרונים מבוססי מאיצים, כך שניתן יהיה להפעילם ולתחזקם באופן בטוח.
הזרם הגבוה והאנרגיה הגבוהה והניתנת לכוונון של אלומות הפרוטונים והדאוטרונים בשרף מהווים יתרון משמעותי על פני ציקלוטרונים, בהקשר של ייצור מוצרי רדיו-רוקחות עבור רפואה גרעינית, הן לדימות והן לטיפול. בנוסף תהליכי (d,p) מאפשרים לייצר מוצרי רדיו-רוקחות עשירי ניטרונים, המיוצרים כיום רק בכורים גרעיניים רבי שטף, שחלק משמעותי מהם בעולם מתיישנים או עומדים בפני סגירה.
פרוטונים, דאוטרונים וחלקיקי אלפא (שגם הם יהיו זמינים בשרף בכמויות סבירות) ישמשו גם למחקרים של נזקי קרינה. הזרם הגבוה יאפשר מחקר שיטתי של האפשרות לחקות את האופן שבו ניטרונים משרים נזקי קרינה על ידי הקרנה ביונים קלים, אשר זמינים בכמויות גבוהות בהרבה מניטרונים, וניתנים לכוונון זוויתי ואנרגטי בקלות יחסית. בנוסף לזרם הגבוה, האנרגיה הניתנת לכוונון מדויק והסמיכות למקורות ניטרונים 'תחת אותו גג', יאפשרו לשרף להרים תרומה משמעותית לתחום זה, אשר נחקר רבות בעולם, הן בתחום הניסויי והן בעיוני
שרף ב' יופעל כמתקן משתמשים בין לאומי. זמן קרן יחולק למשתמשים על פי קריטריונים מדעיים על ידי ועדת תוכנית מדעית. בימים אלו ממשיכים לפתח את תוכניות המחקר בשרף ב', חוקרים רבים מעוניינים להשתמש בשרף, והדלת פתוחה למכתבי כוונות והצעות מחקר נוספות מהקהילות המדעיות המגוונות בארץ ובעולם.
לאור הרב-גוניות של המחקרים הצפויים בשרף ב', ואופיים הבסיסי והיישומי כאחד, פועלים בשנים אלו להגדרת שרף כמעבדה לאומית. כיום, אין בישראל הגדרה חוקית ל'מעבדה לאומית'. לאור זאת, ועדת המעקב אחר מצב המדע בישראל, מיסודה של האקדמיה הלאומית למדעים, הגדירה בשני הדו"חות התלת-שנתיים האחרונים שלה את הצורך בהקמת מעבדות לאומיות בישראל. הוועדה המליצה שמתקן שרף יהיה אחת משתי המעבדות הלאומיות הראשונות שיוקמו בארץ.