Teknoloji

SLAC’ın Yükseltilmiş X-Ray Lazer Tesisi İlk Işık Üretiyor

On yıl kadar önce, Nisan 2009’da, dünyanın ilk sert X-ışını serbest elektron lazeri (XFEL), ilk ışığını ABD Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda üretti. Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) X-ışını atımlarını daha önce gelmiş olanlardan milyar kat daha parlak üretti. O zamandan beri, performansı, bir dizi bilimsel alanda, kimyada “moleküler filmler” oluşturmaktan, yeni nesil farmasötikler için proteinlerin yapısını ve hareketini incelemeye ve “elmas yağmuru” oluşturan süreçleri tekrarlamaya kadar, temel yeni anlayışları mümkün kıldı. Güneş sistemimizdeki dev gezegenlerde

Bu alandaki bir sonraki büyük adım 2013 yılında harekete geçirilerek, X-ışını lazerin gücünü binlerce kat arttırmak için LCLS-II yükseltme projesi başlatıldı ve bugün saniyede 120’ye kıyasla saniyede bir milyon darbe üretildi. Bu yükseltmenin önümüzdeki iki yıl içinde tamamlanması bekleniyor.

Bugün, yükseltmenin ilk aşaması faaliyete geçti ve yeni kurulan ekipmanın kritik bir unsurunu kullanarak ilk kez bir X-ışını demeti üretti.

SLAC Direktörü Chi-Chang Kao, “LCLS-II projesi, ABD genelindeki beş ulusal laboratuvarın yanı sıra üniversite topluluğundan ve DOE’den birçok meslektaşının birlikte gösterdiği çabayı temsil ediyor” dedi. “Bugünün başarısı, dünya lideri benzersiz araçlar ve yetenekler geliştirmemizi sağlayan devam eden ortaklıkların ve işbirliğinin muazzam değerini yansıtıyor.”

XFEL’ler iki aşamalı bir süreçte çalışır. İlk olarak, güçlü bir elektron ışını neredeyse ışık hızına hızlanırlar. Daha sonra bu ışını, elektron enerjisini X-ışınlarının yoğun patlamalarına dönüştüren bir undülatör olarak bilinen bir cihazda zarif bir şekilde ayarlanmış bir mıknatıs serisinden geçirirler. Patlamalar, saniyenin milyarda birinin sadece milyonda biri kadar – kimyasal bir bağın doğuşunu yakalayabilen ve atomik çözünürlükte görüntüler üretebilecek kadar kısa. LCLS-II projesi, X-ışını demetinin enfes kontrolünü sağlayabilen ekskavatörlerin yanı sıra benzeri görülmemiş tekrarlama oranlarını elde etmek için kriyojenik süper iletken teknolojiyi kullanan tamamen yeni bir hızlandırıcı kurarak tesisin her iki unsurunu da dönüştürecek.

Güçlü ve hassas

Son 18 ay içinde, orijinal LCLS undülatör çıkarıldı ve yerini dramatik yeni yetenekler sunan tamamen yeni iki sistem aldı. Bu ekskavatörlerin her biri 100 metreden fazla uzanan binlerce mıknatıs içerir; birlikte Dünya’nınkinden on binlerce kat daha güçlü manyetik alanlar yaratırlar. Bu, birkaç ton ağırlığa eşdeğer kuvvetler üretirken, aynı zamanda mıknatısları tutan yapının bir insan saçının genişliğinin yüzde birinden daha fazla bozulmasına izin vermez.

Yeni ekskavatörler DOE’nin Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından tasarlanıp prototip haline getirildi ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından inşa edildi ve geçtiğimiz yıl içinde SLAC’a kuruldu. Bugün, bu sistemlerden ilki, önümüzdeki deneysel kampanyalara hazır olduğunu gösterdi. SLAC Hızlandırıcı Kontrol Odasındaki bilim adamları, mevcut LCLS hızlandırıcıdan gelen elektron ışınını, yeni “sert X-ışını” sönümleyicideki mıknatıs dizisiyle yönlendirebildiler. Sadece birkaç saat boyunca, ilk X-ışını işaretini ürettiler ve ardından tam X-ışını lazer performansı elde etmek için yapılandırmayı hassas bir şekilde ayarladılar.

Berkeley Lab Mühendislik Bölümü direktörü Henrik von der Lippe, “İlk ışığa ulaşmak hepimizin dört gözle beklediği bir kilometre taşıdır” dedi. “Bu dönüm noktası, tüm sıkı çalışmanın ve işbirliğinin yeni bilimi sağlayacak bilimsel bir tesisle nasıl sonuçlandığını gösteriyor.”

Berkeley Lab’ın sert röntgen dalgalı tasarım ve fabrikasyona katkısı, bilim tesislerine dalgıçlar sağlamaktan ve mekanik tasarımdaki uzun süredir devam eden gücümüzden edindiğimiz tecrübeyi kullandı. Tüm beklentileri karşılayan cihazlar sunan yıllar süren Mühendislik Bölümü ekiplerinin meyvelerini görmek ödüllendirici. ”

Yeni savaşçıların bilimsel etkisi önemli olacaktır. Bir büyük ilerleme, mıknatıslar arasındaki ayrılmanın talep üzerine değiştirilebilmesidir, bu da yayılan X-ışınlarının dalga boyunun deneylerin gereksinimlerini karşılayacak şekilde ayarlanmasına izin verir. Araştırmacılar bunu, bir moleküldeki seçilen atomların davranışını belirlemek için kullanabilir; bu, diğer şeylerin yanı sıra, gelişmiş güneş enerjisi uygulamaları için enerji akışını ve depolanmasını izleme yeteneğimizi artıracaktır.

Bugün gösterilen ondülatör, sert X-ışını rejimi için optimize edilmiştir ve LCLS’nin üretebileceği pik X-ışını enerjisini ikiye katlayabilecektir. Bu, malzemelerin atomik seviyedeki aşırı strese nasıl tepki verdikleri ve yeni kuantum fenomenlerinin ortaya çıkışı hakkında çok daha yüksek hassasiyetli bilgiler sağlayacaktır.

Sonraki adımlar

Ekskavatörlerin ötesinde, X-ışınlarını belirli deneyler için hazırlayan bir dizi optik, tanılama ve ayarlama cihazı içeren Ön Uç Muhafazası veya FEE bulunur. Bunlar arasında, bir metre uzunluğunda ancak yüzeyleri boyunca yalnızca bir atomun genişliğine göre değişen en düz, en pürüzsüz aynalar sayılabilir. Önümüzdeki birkaç hafta boyunca, bu optikler önümüzdeki altı ay boyunca dünyanın dört bir yanından araştırmacılar tarafından yapılacak 80’den fazla deney için hazırlıkta test edilecektir.

LCLS Direktörü Mike Dunne, “Bugün X-ışını bilimi için LCLS-II döneminin başlangıcını işaret ediyor” dedi. “Bizim acil görevimiz, bu yeni undülatörü SARS-CoV-2 virüsünün iç işleyişini araştırmak için kullanmak olacak. Sonra önümüzdeki birkaç yıl tesisimizde inanılmaz bir dönüşüm görecek. Bir sonraki adım, enerjinin atomlar ve moleküller arasında nasıl aktığını ve dolayısıyla yeni enerji teknolojilerinin iç işleyişini incelemek için optimize edilmiş yumuşak X-ışını undülatörü olacak. Bunun ötesinde, röntgen gücümüzü binlerce kez artıracak yeni süper iletken hızlandırıcı olacak. X-ışını lazer dünyasında söylediğimiz gibi gelecek parlak. ”

Sorularınız veya yorumlarınız için şu adresteki SLAC İletişim Ofisi ile iletişime geçin: communications@slac.stanford.edu.

Daha Fazla Göster

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı
Kapalı

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen reklam engelleyiciyi devre dışı bırakarak bizi desteklemeyi düşünün
Sohbete Başla
Merhaba .
Yazarınız olmak istiyorum :)