Блог

Dec 20, 2023

Электроны теперь движутся через сверхпроводящий ускоритель, который будет питать X SLAC.

Сейчас установка находится в нескольких шагах от выдачи беспрецедентного потока сверхярких рентгеновских лучей. Дэвид Краузе После более чем десятилетней работы электроны теперь летят через новую сверхпроводящую среду.

Сейчас установка находится в нескольких шагах от выдачи беспрецедентного потока сверхярких рентгеновских лучей.

Дэвид Краузе

После более чем десяти лет работы электроны теперь пролетают через новый сверхпроводящий ускоритель в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики, готовясь привести в действие самый мощный в мире рентгеновский лазер на свободных электронах. Этот проект, получивший название Linac Coherent Light Source II (LCLS-II), сейчас находится в нескольких шагах от создания рентгеновских вспышек, которые откроют новую эру в научных исследованиях на этом атомном уровне.

«Наблюдение за тем, как электроны проходят весь путь через LCLS-II, является доказательством того, что наша идея создать источник для чрезвычайно мощного сверхпроводящего рентгеновского аппарата в SLAC сработает», — Дэн Гоннелла, ведущий научный сотрудник SLAC и руководитель группы. в дирекции ускорителя, сказали. «Мы были уверены в своей работе, но пока вы не увидите, как первые электроны действительно прошли, вы чувствуете бабочек».

Чтобы отправить электроны через установку, команды из четырех национальных лабораторий — Аргоннской, Беркли, Фермилаб и Джефферсонской лаборатории — и Корнелльского университета работали вместе в течение почти 10 лет, чтобы создать все компоненты установки следующего поколения. В 2019 году команды установили современную электронную пушку, а в прошлом году команды включили гелиевую охлаждающую установку, которая снижает температуру объекта до двух градусов по Кельвину — ниже, чем в космосе.

LCLS-II будет производить рентгеновские лучи, которые в 10 000 раз ярче, чем рентгеновские лучи существующей лазерной установки на свободных электронах SLAC, LCLS. Это историческое обновление, которое откроет ранее невообразимые взгляды на некоторые из наиболее актуальных научных вопросов нашего времени. Установка будет излучать один миллион рентгеновских вспышек в секунду, что намного больше, чем текущая скорость LCLS в 120 вспышек в секунду. Более яркие и быстрые всплески рентгеновского излучения позволят ученым решить такие задачи, как понимание того, как адаптировать естественные решения для сбора солнечной энергии для нового поколения чистого топлива, изобретение устойчивых методов производства для промышленности и разработку лекарств нового поколения. основан на способности создавать молекулярные фильмы о том, как наш организм реагирует на болезни.

«С помощью нового сверхпроводникового ускорителя мы не отвечаем только на несколько вопросов, мы позволяем ученым ответить на невероятное количество вопросов», — сказал менеджер по разработке электроники SLAC Энди Бенвелл.

Ниобий помогает электронам летать

Чрезвычайно низкая рабочая температура LCLS-II позволяет установке работать очень эффективно и проводить электричество практически с нулевым сопротивлением. Но для создания ускорителя, сопротивление которого близко к нулю, требуются специальные материалы, в том числе ниобий — редкоземельный металл, который используется в других типах машин, таких как ветряные турбины и реактивные двигатели.

В проекте LCLS-II цепочка ярких ниобиевых полостей в форме песочных часов ускоряет электроны внутри 37 криомодулей установки. Каждый криомодуль имеет восемь ниобиевых полостей, а это означает, что LCLS-II имеет почти 300 полостей – этого достаточно, чтобы растянуть длину примерно на три футбольных поля. Ниобиевые полости ускоряют электроны до тех пор, пока они не полетят почти со скоростью света к ондуляторному залу, где они пройдут через тщательно настроенную серию магнитов, которая заставляет их двигаться зигзагообразным путем и выделять энергию в виде рентгеновских лучей. Эти рентгеновские лучи затем доставляются в набор специализированных инструментов, чтобы исследователи могли проводить эксперименты.

Полости позволяют LCLS-II доставлять беспрецедентный поток импульсов, который позволит исследователям снимать подробные видеоролики о процессах атомного размера в природе. Эти фильмы будут иметь гораздо более высокое разрешение, чем снимки, снятые на LCLS – до 8000 раз больше кадров в секунду, чем у существующего ускорителя.

«Отслеживание движения атомов и молекул в фильмах в реальном времени откроет новые горизонты для рентгеновской науки и станет прорывом для экспериментов, проводимых по всему миру», — сказал Гоннелла.