21. července 2020 — V téměř 25 let od Advanced Photon Source (APS), US Department of Energy (DOE) Úřad pro Vědu Uživatel Zařízení, který byl poprvé otevřen v DOE Argonne National Laboratory, to hraje důležitou roli v některých z nejvíce rozhodující objevy a pokrok ve vědě.
Více než 5000 vědců z celého světa, provádět experimenty na APS každý rok, a jejich práce má, mimo mnoha jiných významných úspěchů, vydláždil cestu pro lepší obnovitelných baterie; výsledkem byl vývoj mnoha nových léků; a pomohl zefektivnit vozidla, silnější materiály infrastruktury a výkonnější elektronika.
výzkum provedený v APS také přímo vedl ke dvěma Nobelovým cenám a přispěl ke třetině. V poslední době APS významně přispívá v boji proti COVID-19. Jeho beamlines jsou zapojeny do výzkumu jak identifikovat proteinové struktury viru a najít potenciální farmaceutické léčby a / nebo vakcíny. Taková práce objasňuje přetrvávající význam rentgenových světelných zdrojů, jako je APS, při řešení kritických problémů pro náš svět.
“ aktualizace APS nám umožní provádět nové experimenty, které si právě teď sotva dokážeme představit. Bude to transformační, “ řekl Jonathan Lang, ředitel ApS X-ray Science Division (XSD).
Přesto, zatímco APS je stále jedním z preeminent výzkumných zařízení svého druhu, electron storage ring, který je v jeho srdci byl navržen tak, začátek v pozdní 1980 a jako průkopnický, jak to bylo v době, nyní se spoléhá na technologie ze dne.
“ po 25 letech je výzvou, jak budeme i nadále dělat APS zajímavým a užitečným místem pro výzkumné pracovníky?“zeptal se Jim Kerby, chief project officer pro APS Upgrade (APS-U), který přišel do Argonne, aby pomohl odpovědět na tuto otázku. „Jak vytvoříme zařízení, které nadále poskytuje příležitosti pro práci, kterou nelze dělat nikde jinde?“
Jako APS připravuje podstoupit $815 milionů upgrade, který bude, jak již pozdě-2023, povolit vědu na zcela nové a bezprecedentní rozsah, APS tým v Argonne a tisíce výzkumných pracovníků, podporuje se vzrušeně při pohledu do budoucna — i když nikdo nemůže zcela znát celou škálu vědeckých příležitostí, které čekají.
“ aktualizace APS nám umožní provádět nové experimenty, které si právě teď sotva dokážeme představit. Bude to transformační, “ řekl Jonathan Lang, ředitel ApS X-ray Science Division (XSD).
„od Usaina Bolta po F-15“
ApS funguje jako obří rentgenový mikroskop. Produkuje extrémně jasné rentgenové paprsky, které mohou procházet hustými materiály a osvětlovat strukturu a chemii hmoty na molekulární a atomové úrovni. V rámci modernizace bude nahrazen stávající kruhový úložný kroužek 1,1 kilometru a budou aktualizovány rentgenové paprsky a další zařízení, čímž se vytvoří mnohem výkonnější rentgenové zařízení a jasnější rentgenová produkce.
jas rentgenových paprsků bude až 500krát větší než současný stroj, řekl Kerby a výrazně zlepší výkon.
„to si těžko někdo dokáže představit,“ řekl Kerby. „Je to jako jít z Usain Bolt, světový rekord drží atletický sprinter známý pro bytí jedno z nejrychlejších mužů na Zemi, F-15 stíhací letoun. Oba jsou rychlé, ale jsou to dva velmi odlišné druhy rychlosti. Experimenty, které dříve nebylo možné provést v realistickém množství času, budou nyní prováděny v minutách až hodinách.“
dalším významným vylepšením je koherence paprsku, která souvisí s uspořádáním rentgenového světla. Lang řekl, že to půjde od něčeho jako reflektor, který produkuje široké světlo, k něčemu mnohem podobnějšímu laseru.
Podle Stephena Streiffer, zástupce laboratoří, ředitel pro vědu a technologii, prozatímní spolupracovník laboratoř ředitel pro Photon Věd a ředitel APS, soudržnost je obzvláště důležité: „High-energie, X-paprsky, které jsou ultra-světlý s velmi vysokou soudržnost nám umožní experimenty v reálném prostředí, ne jen model prostředí.“
Streiffer řekl, že je nezbytné, aby nový rentgenový zdroj umožňoval měření v různých fyzických a časových měřítcích. „Přemýšlejte o zkoumání elektrochemie v baterii. Jde to od nanosekundy s atomy rozptýlenými v místním prostředí až po makroskopické změny v baterii během dnů, týdnů nebo dokonce let. Se zvýšeným jasem se budeme moci podívat na celý obraz.“
Lang ukázal na jiný úhel. „V současné době můžete vidět pouze jednu malou část materiálu a trvá to dlouho. S upgradem získáme jak vysoké rozlišení, tak široké zorné pole. Například, aby pochopili, mechanické vlastnosti v polykrystalických materiálů, chcete vidět, jak prvky jsou rozloženy po hranicích zrn mezi krystaly, ale také chtějí vidět, jak velké množství hranic zrn porovnat. To umožní vědcům podívat se na mnohem více buněk, způsoby, které by mohly v konečném důsledku dramaticky zlepšit konstrukční materiály používané v automobilovém a leteckém průmyslu.“
s vyšším jasem, řekl Lang, přijde také obrovské zatížení dat. „Ale máme vysoce výkonné výpočetní techniky na akademické půdě, takže je to skvělá synergie. Mohou crunch čísla zpracovat data. Je to jedinečný zdroj a zdroj velmi blízko.“A s novým superpočítačem Aurora, který bude debutovat v roce 2021, bude ještě více příležitostí využít bezkonkurenční zdroje Argonne.
Bob Hettel, ředitel projektu APS-U, se podílel na návrhu současného APS v Národní laboratoři SLAC Accelerator Laboratory. Řekl, že je to velmi vzrušující čas pro rentgenovou technologii, zejména s pokroky v designu úložného kroužku ,a APS “ přišel s agresivním přístupem, který vylepšuje a zlepšuje to, co ostatní dělali v posledních dvou desetiletích.“
pro Hettel je největší výzvou, že neexistuje jediná technická překážka, ale spíše je to integrace tolika různých komponent. „Existuje milion pohyblivých částí. Ale spolupracujeme s komunitou uživatelů a máme absolutně nejlepší technické lidi na světě ve více oblastech, kteří se spojili, aby celá věc fungovala.“
Kerbyho řekl nejstarší APS by bylo zavřít je. června 2022 — ale ne, dokud všechny kousky z nového stroje byly prověřeny a jsou připraveny k montáži ve staré stroje místo — s modernizované APS vrací online o rok později. V tu chvíli podle něj budou muset uživatelé zcela překalibrovat, jak přemýšlejí o tom, jaké vědecké experimenty jsou možné.
přečtěte si celý příběh, navštivte https://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
O Advanced Photon Source
U. S. Department of Energy Office Vědy Advanced Photon Source (APS) v Argonne National Laboratory je jedním z světa je nejvíce produktivní X-ray zdroj světla zařízení. APS poskytuje rentgenové paprsky s vysokým jasem rozmanité komunitě vědců v oblasti vědy o materiálech, Chemie, Fyzika kondenzovaných látek, vědy o životě a životním prostředí, a aplikovaný výzkum. Tyto X-paprsky jsou ideální pro zkoumání materiálů a biologických struktur; elementární rozdělení, chemické, magnetické, elektronické státy; a širokou škálu technologicky důležité inženýrské systémy od baterií do spreje vstřikovače paliva, které jsou základy našeho národa, ekonomické, technologické a fyzické i-bytí. Každý rok více než 5,000 výzkumníci používají APS k výrobě více než 2,000 publikace podrobně působivé objevy, a řešit více životně důležité biologické proteinové struktury než uživatelé jakékoliv jiné rentgenové zdroje světla výzkumné zařízení. Vědci a inženýři APS inovují technologii, která je jádrem postupujících operací urychlovačů a světelných zdrojů. To zahrnuje vkládání zařízení, které produkují extrémní jas X-paprsky ceněny vědci, čočky, které se zaměřují na X-paprsky, až na pár nanometrů, přístrojové vybavení, které maximalizuje způsob, X-záření interagují s vzorky studovány, a software, který shromažďuje a spravuje obrovské množství dat, vyplývající z objevu výzkum v APS.
tento výzkum použil zdroje pokročilého zdroje fotonů, USA. Doe Office of Science User Facility provozované pro Doe Office of Science Argonne National Laboratory na základě smlouvy č. DE-AC02–06CH11357.
O Argonne National Laboratory
Argonne Národní Laboratoř usiluje o řešení naléhavé vnitrostátní problémy v oblasti vědy a techniky. První národní laboratoř v zemi, Argonne provádí špičkový základní a aplikovaný vědecký výzkum prakticky ve všech vědeckých disciplínách. Argonne vědci úzce spolupracují s vědci ze stovky firem, univerzit, a federální, státní a obecní úřady, které jim pomohou řešit jejich specifické problémy, advance America je vědecké vedení a připravit národ, pro lepší budoucnost. Se zaměstnanci z více než 60 zemí je Argonne řízena společností UChicago Argonne, LLC pro Úřad pro vědu ministerstva energetiky USA.
o Úřadu pro vědu amerického ministerstva energetiky
USA Úřad pro vědu ministerstva energetiky je největším zastáncem základního výzkumu ve fyzikálních vědách ve Spojených státech a pracuje na řešení některých nejnaléhavějších výzev naší doby. Pro více informací navštivte https://energy.gov/science.
Zdroj: Brett Hansard, Argonne National Laboratory,