ABD Enerji Bakanlığı, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda dünyanın en güçlü X-ışını serbest elektron lazeri (XFEL) olan LCLS’nin (Linac Tutarlı Işık Kaynağı) yükseltilmesine başlanacak inşaatı onayladı. 716 milyon dolarlık proje, bilim adamlarının atom ölçeğindeki süreçleri benzeri görülmemiş bir hassasiyetle araştırmasına ve enerji depolama, kataliz, biyoloji, malzeme bilimi ve kuantum fiziğindeki temel soruları ele almasına olanak tanıyacak.
Süper iletken elektron hızlandırıcıdan çıkan elektron ışınının enerjisini iki katına çıkaracak olan LCLS-II-HE yükseltmesi tamamlandığında, maksimum X-ışını enerjisi iki katından fazla olacak ve yüksek enerjili X-ışınları için ortalama X-ışını parlaklığı artacaktır. 3000 kat artacak.
“LCLS’ye yapılan bu yüksek enerjili yükseltme, laboratuvarın X-ışını ve ultra hızlı bilimde küresel lider konumunu güçlendiriyor. DOE’nin Bilim Ofisi’nin ve ortak laboratuvarlarımızın kritik desteği sayesinde, yükseltme tamamlandığında bilimsel keşif ve yenilik için yeni fırsatlar açacak” dedi SLAC Laboratuvar Direktörü John Sarrao.
LCLS-II yükseltmesinin bir parçası olarak oluşturulan yeni süper iletken hızlandırıcı, -456°F’ye soğutulan 37 kriyojenik modülden oluşuyor. Kriyomodüller, ortak tasarım ve test için Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi (Jefferson Lab) ile işbirliği yapan ABD Enerji Bakanlığı’nın Fermilab Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı tarafından geliştirildi.
SLAC, LCLS-II-HE modernizasyon projesi için bu ulusal laboratuvarların yanı sıra Michigan Eyalet Üniversitesi’ndeki Nadir İzotop Kirişler Tesisi (FRIB) ile bir kez daha işbirliği yaptı. Fermilab ve Jefferson Lab, her biri performansı artırmak için en son teknolojileri uygulayan sekiz süper iletken radyo frekansı boşluğu içeren 23 yeni kriyomodülden oluşan bir set oluşturuyor ve test ediyor.
Yüksek enerjili yükseltme, mevcut sert X-ışını salındırıcısını kullanacak ve SLAC, yumuşak X-ışını salındırıcısını yeni ışınla aynı anda kullanılabilecek şekilde değiştirmek için Berkeley Laboratuvarı ile yeniden işbirliği yapacak.
Kriyomodüllerin üretimi ve teslimatı halihazırda devam ediyor; bugüne kadar kavitelerin yaklaşık %95’i tamamlandı ve 10 kriyomodül SLAC’a teslim edildi. Testler, LCLS-II yükseltmesi için üretilen kriyomodüllerin en az bir buçuk katı performans seviyesine ulaşmaları gerektiğini gösteriyor.
LCLS-II-HE proje direktörü Greg Hayes, “Takım çalışması ve işbirliği, XFEL teknolojisindeki devrim niteliğindeki ilerlemelerin arkasındaki itici güçtür ve atomik ve moleküler yapıların ultra hızlı zaman ölçeklerinde benzeri görülmemiş araştırmalarına olanak tanır” dedi.
LCLS-II-HE yükseltmesi, atom düzeyindeki dinamiklere ilişkin derin bilgiler sağlayacaktır. Temiz enerji, sürdürülebilirlik, ileri üretim ve insan sağlığı alanlarındaki çözümler, öngörüye dayalı anlayışın dönüştürülmesine ve malzeme ve cihazların nasıl çalışacağını belirleyen temel ve büyük ölçeklerde kontrol etme yeteneğine bağlıdır.
Örneğin, sert X ışınları ve daha yüksek hassasiyet sayesinde bilim insanları, molekülleri ve nanomateryalleri incelemek için katı ve sıvı sistemleri inceleyebilecekler. Bu yetenek, sürdürülebilir enerji üretimi, depolanması ve güneş enerjisinin karbonsuz yakıtlara ve elektriğe dönüştürülmesi için verimli sistemlerin geliştirilmesine yardımcı olacak yenilenebilir enerji ve katalizörlere yönelik yeni fikirler geliştirmek için gereklidir.
Biyomedikal bilim alanında, biyomoleküler sistemin yapısal evrimini işleviyle ilişkilendiren çok daha derin bir anlayışa ihtiyaç vardır. Bunun insan sağlığı ve biyogüvenliğin yanı sıra yeşil endüstriyel, tarım ve enerji çözümlerine yönelik biyokimyasal yaklaşımlardan faydalanmak için sentetik yaklaşımları bilgilendirme açısından da etkileri vardır.
Yükseltmeyle birlikte LCLS, biyolojik numunelerin çalıştıkları sırada tüm hareket aralığını haritalandırabilecek ve bunu ilk kez fizyolojik olarak ilgili ortamlarda yapabilecek; bu da hastalıkları daha etkili bir şekilde tedavi edebilen yeni hedefe yönelik ilaçların geliştirilmesini kolaylaştıracak. .
Yükseltme, yeni türdeki malzemelerin ve kuantum sistemlerinin davranışını incelemek için yüksek çözünürlüklü araçlar sağlayacak, ultra hızlı bilgisayar ve iletişim sistemleri neslinin geliştirilmesine olanak tanıyacak, aynı zamanda veri merkezlerinde enerji tüketimini önemli ölçüde azaltacak ve enerji tüketimini artıracak. elektronik cihazların verimliliği.
Genişletilmiş LCLS aynı zamanda makine öğrenimini de geliştirerek, daha doğru modelleri eğitmek ve bilimsel keşifleri hızlandırmak için kullanılabilecek yüksek kaliteli veriler (günde bir petabayttan fazla veri) üretecek. Tahmine dayalı modellemeye, otonom deneylere ve yeni algoritmaların geliştirilmesine olanak sağlayacak.
Bilim insanları malzemelerin, kimyasal sistemlerin ve biyolojik komplekslerin atomik düzeydeki hareketini görselleştirebilecek.
