Проект совершенной модернизации источников света достиг важного этапа

схожие новости

Усовершенствованный источник света (ALS), научный пользовательский объект в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (DOE) (Лаборатория Беркли), получил федеральное одобрение бюджета, графика и технического объема для крупного проекта модернизации, который будет стимулировать яркость его рентгеновских лучей.

В дополнение к более ярким рентгеновским лучам, проект ALS Upgrade (ALS-U) позволит ALS доставлять свет с более упорядоченной «когерентной» структурой (к примеру, равномерно распределенная рябь в пруду), которая лучше выявляет наномасштаб детали сложных химических реакций и новых материалов, говорится в статье на сайте Лаборатории Беркли.

— В течение практически трех десятилетий ALS разрабатывала инновационные рентгеновские инструменты, использовав их для поддержки всемирно известного портфеля исследований пользователей и совместной работы, — утверждает директор ALS Стив Кеван, — Обновление ALS позволит нам значительно отточить наши навыки и ускорить эту еще на несколько десятилетий по мере того, как человечество учится разрабатывать химические, материальные и биологические системы, которые решат насущные проблемы энергетики и окружающей среды.

На этом вырезе купола усовершенствованного источника света показано расположение трех колец, ускоряющих электроны, с линиями пучка

Одобрение DOE, известное как Critical Decision 2 или CD-2, знаменует собой завершение стадии предварительного проектирования проекта. Он также утверждает бюджет в 590 миллионов долларов и профиль финансирования для проекта, а более того — определяет объем и график.

— Я горжусь талантливыми инженерами, учеными, техническими специалистами и вспомогательным персоналом, которые помогли лаборатории получить одобрение CD-2 для проекта усовершенствования источника света в эти трудные времена. Это обновление позволит Лаборатории Беркли продолжить лидировать в исследованиях мягкого рентгеновского излучения еще в течение 30 лет, но ничего из этого не могло бы произойти без упорной работы команды ALS-U и постоянной приверженности миссии лаборатории, — утверждает работник лаборатории Майк Уизерелл.

ALS — это тип ускорителя частиц, известный как синхротрон, который генерирует чрезвычайно яркие лучи света от инфракрасного до рентгеновского излучения. В мире существует всего несколько десятков источников синхротронного света.

Свет ALS направляется через 40 узкоспециализированных инструментов, называемых лучевыми линиями, на экспериментальные оконечные станции, где ученые со всего мира одновременно проводят исследования в различных областях, от материаловедения и биологии до физики и химии. Установка оптимизирована для научных исследований, проводимых с использованием «мягкого» рентгеновского излучения с меньшей энергией, которое имеет идеальный диапазон энергий для исследования химических, электронных и магнитных свойств материалов.

Вид сверху на накопительное кольцо ALS, показывающий новое оборудование, которое будет установлено во время обновления

Для многих экспериментов качество собранных данных зависит от количества и регулярности легких частиц, известных как фотоны, которые могут быть сконцентрированы в небольшом пятне. Осуществляемая в настоящее время модернизация призвана сделать ALS самым ярким в мире источником мягкого рентгеновского излучения на основе накопительного кольца.

Проект ALS-U заменит электронное накопительное кольцо, часть ускорителя, где производится свет. Рентгеновские лучи ALS производятся электронами, которые бегают по кольцу диаметром 200 метров практически со скоростью света. Попутно мощные магниты направляют и фокусируют электронный луч, чтобы удерживать его на круговой орбите, в то время как дополнительные магниты изгибают этот луч, генерируя широкий спектр света, проходящий через лучи. Лучшая фокусировка электронного луча означает фокусировку излучаемого света и получение более качественных данных об исследуемых образцах.

В новом электронном накопителе будет использоваться технология магнитов следующего поколения, известная как многогранные ахроматы. В то время как сегодня каждая из 12 дуг, составляющих кольцо ускорителя, включает в себя три поворотных магнита, после модернизации каждая дуга будет включать девять поворотных магнитов, что обеспечит более точное управление и более жесткую фокусировку электронов.

В результате рентгеновские лучи, которые сегодня составляют около 100 микрон в поперечнике (меньше диаметра человеческого волоса) после модернизации будут сжаты до нескольких микрон.

Эти более точные лучи сделают возможным множество приложений, включая изучение магнитных свойств в многослойных материалах для хранения данных в меньших масштабах, а также наблюдение за химическим составом батарей и другими реакциями по мере их возникновения. Увеличение яркости будет сродни четкому разрешению, которое достигается съемкой фото при ярком дневном свете, по сравнению с нечетким изображением при тусклом освещении.

Профиль луча усовершенствованного источника света Berkeley Lab сегодня (слева) по сравнению с сильно сфокусированным лучом (справа), который возможен с обновлением, известным как ALS-U

Особенно сложной задачей модернизации станет строительство второго концентрического кольца, называемого «аккумулятором», внутри уже тесных бетонных туннелей, в которых находится накопительное кольцо. Эта уникальная функция, разработанная учеными из Лаборатории Беркли, является еще одним важным аспектом для лучшей фокусировки электронного луча. Это позволяет использовать технику, называемую «осевой инжекция с заменой», которая позволяет вводить электронный луч в накопительное кольцо с минимальными возмущениями.

Читать еще

Комментарий

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь