Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda yeni geliştirilen Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını serbest elektron lazeri (XFEL), ilk X-ışınlarını başarıyla üretti. LCLS-II adı verilen yükseltme, X ışınlarıyla yapılan araştırmalarda yeni bir çağ başlatacak benzersiz yetenekler yaratıyor. Katkı Sağlayan: Greg Stewart/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Önceki modele göre 8.000 kat daha fazla olan, saniyede bir milyona kadar X-ışını flaşıyla, bilim adamlarının atomu keşfetme yeteneğini dönüştürüyor. kuantum malzemelerden temiz enerji teknolojilerine ve tıbba kadar geniş bir uygulama yelpazesinin anahtarı olan ölçeklenebilir, ultra hızlı olgular.
Yeni yükseltilen Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki -ışını serbest elektron lazeri (XFEL), ilk X ışınlarını başarıyla üretti ve dünya çapındaki bilim insanları iddialı bir bilim programını başlatmak için şimdiden sıraya girdi.
LCLS-II adı verilen yükseltme, X-ışınlarıyla yapılan araştırmalarda yeni bir çağ başlatacak benzersiz yetenekler yaratıyor. Bilim adamları, yeni bilgi işlem ve iletişim biçimlerini yönlendirmek için kuantum malzemelerinin ayrıntılarını benzeri görülmemiş bir çözünürlükle inceleyebilecek; bize daha sürdürülebilir endüstrilerin ve temiz enerji teknolojilerinin nasıl yaratılacağını öğretmek için öngörülemeyen ve geçici kimyasal olayları ortaya çıkarın; yeni ilaç türleri geliştirmek için biyolojik moleküllerin yaşamın işlevlerini nasıl yerine getirdiğini incelemek; ve tamamen yeni bilimsel araştırma alanları açmak için dünyayı en hızlı zaman aralıklarında inceleyin.
SLAC personeli, LCLS-II projesinin öncüsü tarafından üretilen ilk ışığı kutlamak için hızlandırıcı kontrol odasında toplandı. süper iletken hızlandırıcı Katkı Sağlayan: Matt Boyes/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
LCLS-II Proje Direktörü Greg Hays, “Bu başarı, on yılı aşkın bir çalışmanın sonucunu işaret ediyor” dedi. “Bu, LCLS-II’nin tüm farklı öğelerinin tamamen yeni bir çalışma modunda X-ışını lazer ışığı üretmek için uyum içinde çalıştığını gösteriyor.”
“İlk ışığa” ulaşmak, bir dizi sürecin sonucudur. 2010 yılında orijinal LCLS’yi yükseltme vizyonuyla başlayan ve DOE genelinde binlerce bilim insanı, mühendis ve teknisyenin yanı sıra çok sayıda kurumsal ortağın dahil olduğu çok yıllı (1,1 milyar ABD doları) bir yükseltme projesine dönüşen önemli kilometre taşları.
{ 6}”60 yılı aşkın bir süredir SLAC, bilim adamlarının etrafımızdaki dünyayla ilgili temel soruları yanıtlamasına yardımcı olan güçlü araçlar geliştirip işletiyor. Bu dönüm noktası, X-ışını bilimi alanındaki liderliğimizi garantiliyor ve bizi gelecekteki yeniliklere doğru itiyor,” dedi SLAC’ın geçici laboratuvar direktörü Stephen Streiffer. “Tüm bunlar laboratuvarımızın tüm bölümlerinin daha geniş proje ekibiyle işbirliği içinde gösterdiği inanılmaz çabalar sayesinde oldu.”
X-Ray Bilimini Yeni Bir Seviyeye Taşıyoruz
XFEL’ler ultra parlak, Bilim adamlarının moleküllerin, atomların ve elektronların davranışlarını kimya, biyoloji ve malzeme değişikliklerinin meydana geldiği doğal zaman çizelgelerinde benzeri görülmemiş ayrıntılarla yakalamasına olanak tanıyan ultra kısa X-ışını ışığı darbeleri. XFEL’ler, karmaşık kimyasal süreçleri incelemek için ilk “moleküler filmin” oluşturulması, bitkilerin ve alglerin tüm güneş ışığını nasıl emdiğinin gerçek zamanlı olarak izlenmesi de dahil olmak üzere pek çok bilimsel başarıda etkili olmuştur. soluduğumuz oksijen ve gezegenlerin evrimini yönlendiren ekstrem koşulların ve elmas yağmuru gibi olayların incelenmesi.
Dünyanın ilk sert XFEL’i olan LCLS, ilk ışığını Nisan 2009’da üreterek X üretti. -ray, daha önce gelen her şeyden milyarlarca kat daha parlak atım yapıyor. Elektronları oda sıcaklığında bir bakır boru boyunca hızlandırır ve bu da hızını saniyede 120 X-ışını darbesiyle sınırlar.
“SLAC’ın LCLS-II’sinden gelen ışık evrendeki en küçük ve en hızlı fenomeni aydınlatacak ve insan sağlığından kuantum malzeme bilimine kadar çeşitli disiplinlerde büyük keşiflere yol açacak” dedi ABD.Granholm. “Var olan en güçlü X-ışını lazerine yapılan bu yükseltme, Amerika Birleşik Devletleri’ni X-ışını biliminde ön sıralarda tutuyor ve dünyamızın atom düzeyinde nasıl çalıştığına dair bir pencere sağlıyor. Son birkaç yıldır bu projeye bilgi edinmek amacıyla çok şey katan SLAC’taki inanılmaz yetenekli mühendisleri ve araştırmacıları tebrik ederiz.”
LCLS-II yükseltmesi, X-ışını bilimini yeni bir düzeye taşıyor. Yepyeni bir seviye: Saniyede bir milyona kadar X-ışını atımı üretebilir; bu, LCLS’den 8.000 kat daha fazladır ve önceki modelden ortalama 10.000 kat daha parlak olan neredeyse sürekli bir X-ışını ışını üretebilir; günümüz için bir dünya rekoru. en güçlü X-ışını ışık kaynakları.
DOE Bilim Ofisi Direktörü Asmeret Asefaw Berhe, “LCLS’nin dünya lideri bilim tarihi, bu yükseltilmiş yeteneklerle büyümeye devam edecek” dedi. “LCLS-II’nin ve kullanıcı topluluğunun, kimya, malzeme, biyoloji ve daha birçok alandaki temel bilim araştırmalarından ulusal bilim öncelikleri üzerindeki etkisini gerçekten sabırsızlıkla bekliyorum; temiz enerjiye yönelik bilimsel gelişmelerin uygulanması; ve kuantum bilgi bilimi gibi girişimler yoluyla ulusal güvenliğin sağlanması.”
Ortadaki personel mühendisi Dominique White, son kriyomodüllerden birinin kurulması üzerinde çalışırken proje yöneticisi Dennis Martinez-Galarce ile konuşuyor. LCLS-II için. Katkı Sağlayan: Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Küresel İşbirliği ve İleri Teknoloji
Bu başarı, dünya genelindeki araştırmacıların hayati katkılarıyla birlikte yürütülen kapsamlı bir ortak çalışmanın sonucudur. Beş ABD ulusal laboratuvarı ve bir üniversite de dahil olmak üzere çok sayıda kurumun projenin gerçekleştirilmesine katkıda bulunması, projenin ulusal ve uluslararası öneminin bir kanıtıdır.
LCLS-II’nin gelişmiş yeteneklerinin merkezinde, onun devrim niteliğindeki süper iletkenliği yer alır. hızlandırıcı. Eksi 456 Fahrenheit dereceye (uzaydan daha soğuk) soğutulan 37 kriyojenik modülden oluşur; neredeyse sıfır enerji kaybıyla elektronları yüksek enerjilere yükseltebilir. Fermilab ve Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi, bu kriyomodüllerin tasarlanması ve üretilmesinde önemli roller oynadı.
Linak, birinci sınıf iki helyum kriyoplantıyla donatılmıştır. LCLS-II için özel olarak inşa edilen bu kriyoplantlardan biri, helyum gazını oda sıcaklığından mutlak sıfırın sadece birkaç derece üzerindeki sıvı fazına kadar soğutarak hızlandırıcı için soğutucu sağlıyor. Kredi: Greg Stewart/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Fermilab Direktörü Lia Merminga, “LCLS-II Projesi’nin kalbinde öncü süper iletken hızlandırıcı yer alıyor” dedi. “İşbirliğinin kolektif mühendisliği, teknik ve bilimsel uzmanlığı ve yeteneği, başarılı yapısı ve son derece kısa bir sürede birinci sınıf performans sunması nedeniyle büyük bir övgüyü hak ediyor.”
Süper iletken hızlandırıcı, paralel olarak çalışıyor Mevcut bakır olan, araştırmacıların daha geniş bir enerji aralığında gözlem yapmasına, hızlı süreçlerin ayrıntılı anlık görüntülerini yakalamasına, diğer ışık kaynaklarının ulaşamayacağı hassas numuneleri incelemesine ve daha kısa sürede daha fazla veri toplamasına olanak tanıyarak deney sayısını büyük ölçüde artırıyor. tesiste gerçekleştirilebilir.
Jefferson Laboratuvarı Direktörü Stuart Henderson, “En son teknolojiye sahip LCLS-II süper iletken hızlandırıcı tarafından desteklenen bu muazzam başarıyı görmek harika” dedi. “Jefferson Lab, Fermilab ve SLAC ile işbirliği içinde kriyomodüllerin yarısını inşa ederek bu başarıya katkıda bulunmaktan gurur duyuyor. Bu başarı, bu güçlü parçacık hızlandırıcı teknolojisinin on yılı aşkın süredir geliştirilmesine dayanıyor.”
Bir kriyomodülün kesit görüntüsü. Her büyük metal silindir, elektronları hızlandıracak boşluklara ek olarak yalıtım ve soğutma ekipmanı katmanları içerir.Mikrodalgalar, katı hal amplifikatörlerinden oluşan bir sisteme bağlı dalga kılavuzları aracılığıyla kriyomodüllere ulaşır. Kredi: Greg Stewart/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
LCLS-II, yeni bir hızlandırıcıya ek olarak, yeni bir elektron kaynağı ve soğutma gazı üreten iki güçlü kriyoplantın da aralarında bulunduğu birçok son teknoloji bileşene ihtiyaç duyuyordu. kriyomodüllerdeki niyobyum yapıları ve elektron ışınından X ışınları üretmek için iki yeni salındırıcının yanı sıra lazer teknolojisinde, ultra hızlı veri işlemede ve gelişmiş sensörler ve dedektörlerde büyük sıçramalar.
Bunlar, 2010 yılında geliştirilmiştir. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Argonne Ulusal Laboratuvarı ile ortaklık. Cornell Üniversitesi de dahil olmak üzere çok sayıda başka kurum, diğer temel bileşenlere katkıda bulunarak bilimsel bilginin geliştirilmesine yönelik yaygın kararlılığın altını çizdi.
Orijinal LCLS salındırıcı sistemi kaldırıldı ve tamamen yeni iki sistemle değiştirildi. çarpıcı yeni yetenekler sunuyor. Kredi: Alberto Gamazo/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Lawrence Berkeley National, “SLAC’ı ve ülke çapındaki Enerji Bakanlığı laboratuvarlarında LCLS-II’yi inşa eden etkileyici hızlandırıcı uzmanlarından oluşan ekibi tebrik ederiz” dedi. Laboratuvar Direktörü Mike Witherell. “Bu benzersiz yeni tesis, keşif bilimi için birçok yeni fırsat sağlayacak.”
“Yumuşak” ve “sert” X-ışını dalgalandırıcıları, sırasıyla düşük ve yüksek enerji; araştırmacıların, malzemelerin ve biyolojik sistemlerin yapılarını ve davranışlarını daha derinlemesine inceleyerek deneylerini daha hassas bir şekilde uyarlamalarına olanak tanıyan çok yönlülük.
“SLAC ve Berkeley Laboratuvarı geleceğin bu ışık kaynağını güçlendirmeye yardımcı oluyor” dedi Argonne Ulusal Laboratuvar Direktörü Paul Kearns. “LCLS-II’nin arkasındaki ileri teknoloji, DOE kullanıcı tesisi topluluğunun etrafımızdaki dünyaya dair anlayışımızı önemli ölçüde artırmasını sağlayacak. SLAC’ı ve bu olağanüstü bilimsel başarıya katkıda bulunan herkesi tebrik ederiz.”
SLAC’ın gün doğumunda linac’ı doğuya bakıyor. Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı yarım yüzyıl önce “linac”ını çalıştırdığından bu yana, 2 mil uzunluğundaki parçacık hızlandırıcı parçacık fiziği, hızlandırıcı geliştirme ve X-ışını bilimi alanlarında çok sayıda başarılı araştırma programına yön verdi. Şimdi tarihi parçacık otoyolu, daha çığır açıcı araştırmaların önünü açacak şekilde yenileniyor. Katkı Sağlayan: Olivier Bonin/SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Çığır Açan Bilimde Öncülük Ediyor
Araştırmacılar, ortaya çıkan zorlukların üstesinden gelecek geniş bir bilim programı için yıllardır LCLS-II’yi kullanmaya hazırlanıyorlar
Örneğin, bilim insanları kuantum malzemelerdeki etkileşimleri doğal zaman ölçeklerinde inceleyebilecek. Bu, onların olağandışı ve çoğunlukla sezgiye aykırı özelliklerini anlamanın ve bunlardan enerji üretmek için yararlanmanın anahtarıdır. -verimli cihazlar, kuantum bilgisayarlar, ultra hızlı veri işleme ve geleceğin diğer teknolojileri.
Kimyasal reaksiyonların atomik ölçekteki anlık görüntülerini attosaniye zaman ölçeğinde (elektronların hareket ettiği ölçek) yakalayan LCLS-II, aynı zamanda benzeri görülmemiş bir hizmet sunacaktır. Yenilenebilir enerjiden gübre üretimine ve sera gazlarının azaltılmasına kadar çeşitli sektörlerde daha verimli ve etkili süreçlere yol açan kimyasal ve biyolojik reaksiyonlarla ilgili bilgiler.
LCLS-II tarafından oluşturulan X-ışını darbeleri, bilim adamlarının karmaşık sistemlerdeki enerji akışını gerçek zamanlı olarak izlemelerini sağlar. Bu, ultra hızlı bilgi işlem, sürdürülebilir üretim ve iletişim gibi alanların gelişimini bilgilendirmek için benzeri görülmemiş düzeyde ayrıntı sağlayacak.
Fizik, kimya ve mühendisliğin kesiştiği noktada malzeme bilimi de şu alanlardan önemli ölçüde faydalanacak: LCLS-II’nin yeni yetenekleri. Geliştirilmiş X-ışını lazerinin, atomik ve moleküler ölçekte malzemelerin iç yapısını ve özelliklerini gözlemleme potansiyelinin, elektronikten enerji depolamaya ve havacılığa kadar çeşitli endüstrileri etkileyecek benzersiz özelliklere sahip yeni malzemelerin tasarımında atılımlara yol açacağı tahmin ediliyor. mühendislik.
Yaşamın süreçleri, genellikle ayrıntılı bir çalışmanın gözden kaçırdığı ölçeklerde ve hızlarda gerçekleşir.LCLS-II, proteinlerin karmaşık dansından fotosentez mekanizmasına kadar biyolojik sistemlere daha önce hiç görülmemiş ayrıntılarla ışık tutacak.
“Bu alanların her birinde deneyler önümüzdeki haftalarda başlayacak. LCLS Direktörü Mike Dunne, “Aylar boyunca ülke genelinden ve dünyanın dört bir yanından binlerce araştırmacının ilgisini çektik” dedi. “LCLS gibi DOE kullanıcı olanakları, kullanıcılara hiçbir ücret ödemeden sağlanmaktadır; en önemli ve etkili bilimi temel alarak seçim yapıyoruz. LCLS-II birçok akademik ve endüstriyel sektörde bir devrime öncülük edecek. Yeni fikirlerin ortaya çıkmasını sabırsızlıkla bekliyorum; ulusal laboratuvarların varlığının özü budur.”
.