21.juli 2020 — i de næsten 25 år siden Advanced Photon Source (APS), ET US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility, først åbnet på DOE ‘ s Argonne National Laboratory, har det spillet en væsentlig rolle i nogle af de mest afgørende opdagelser og fremskridt inden for videnskab.
mere end 5.000 forskere fra hele verden udfører eksperimenter på APS hvert år, og deres arbejde har blandt mange andre bemærkelsesværdige succeser banet vejen for bedre vedvarende batterier; resulterede i udviklingen af adskillige nye lægemidler; og hjalp med at gøre køretøjer mere effektive, infrastrukturmaterialer stærkere og elektronik mere kraftfuld.
forskning udført på APS har også direkte ført til to nobelpriser og bidraget til en tredjedel. Senest yder APS betydelige bidrag i kampen mod COVID-19. Dens beamlines er involveret i forskning for både at identificere virusets proteinstrukturer og finde potentielle farmaceutiske behandlinger og/eller vacciner. Et sådant arbejde tydeliggør den løbende Betydning af Røntgenlyskilder, som APS, for at løse kritiske problemer for vores verden.
“APS-opgraderingen giver os mulighed for at gennemføre nye eksperimenter, som vi næppe engang kan forestille os lige nu. Det vil være transformerende, ” sagde Jonathan Lang, direktør for APS RØNTGENVIDENSKABSAFDELING.
men mens APS stadig er et af de fremtrædende forskningsfaciliteter af sin art, blev elektronlagringsringen, der er i hjertet, designet begyndende i slutningen af 1980 ‘ erne og, så banebrydende som det var på det tidspunkt, nu afhængig af dateret teknologi.
“efter 25 år er udfordringen, hvordan fortsætter vi med at gøre APS til et interessant og nyttigt sted for forskere?”spurgte Jim Kerby, chief project officer for APS Upgrade (APS-U), der kom til Argonne for at hjælpe med at besvare dette spørgsmål. “Hvordan skaber vi en facilitet, der fortsat giver muligheder for arbejde, der ikke kan udføres andre steder?”
da APS er klar til at gennemgå en opgradering på 815 millioner dollars, der allerede i slutningen af 2023 vil muliggøre videnskab i en helt ny og hidtil uset skala, ser APS-teamet i Argonne og de tusinder af forskere, det støtter, begejstret fremad — selvom ingen helt kan kende hele spektret af videnskabelige muligheder, der venter.
“APS-opgraderingen giver os mulighed for at gennemføre nye eksperimenter, som vi næppe engang kan forestille os lige nu. Det vil være transformerende, ” sagde Jonathan Lang, direktør for APS RØNTGENVIDENSKABSAFDELING.
“fra Usain Bolt til en F-15”
APS fungerer som et kæmpe Røntgenmikroskop. Det producerer ekstremt lyse røntgenstråler, der kan kigge gennem tætte materialer og belyse stoffets struktur og kemi på molekylært og atomært niveau. Som en del af opgraderingen udskiftes den eksisterende 1, 1 kilometer cirkulære opbevaringsring, og Røntgenstrålelinjer og andet udstyr opdateres, hvilket skaber en langt mere kraftfuld Røntgenfacilitet og lysere Røntgenproduktion.
røntgenstrålernes lysstyrke vil være op til 500 gange større end den nuværende maskine, sagde Kerby, og vil forbedre ydeevnen betydeligt.”det er svært for nogen at virkelig forestille sig,” sagde Kerby. “Det er som at gå fra Usain Bolt, en verdensrekord med atletiksprinter, der er kendt for at være en af de hurtigste mænd på jorden, til et F-15-kampfly. Begge er hurtige, men det er to meget forskellige slags hastighed. Eksperimenter, der tidligere var umulige at udføre på en realistisk tid, vil nu blive udført i minutter til timer.”
en anden større forbedring involverer strålekohærens, der vedrører, hvordan bestilt Røntgenlyset er. Lang sagde, at det vil gå fra noget som et spotlight, der producerer en bred vask af lys til noget meget mere som en laser.
ifølge Stephen Streiffer, vicelaboratoriedirektør for videnskab og teknologi, midlertidig associeret laboratoriedirektør for Fotonvidenskab og direktør for APS, er sammenhæng især vigtig: “røntgenstråler med høj energi, der er ultra-lyse med meget høj sammenhæng, tillader os eksperimenter i virkelige miljøer, ikke kun modelmiljøer.”
Streiffer sagde, at det var vigtigt, at den nye røntgenkilde muliggør målinger på tværs af flere fysiske og tidsskalaer. “Tænk på at udforske elektrokemi i et batteri. Det går fra et nanosekund med atomer, der diffunderer i et lokalt miljø helt op til makroskopiske ændringer i batteriet over dage, uger eller endda år. Med den øgede lysstyrke vil vi kunne se på hele billedet.”
Lang pegede på en anden vinkel. “I øjeblikket kan du kun se en lille del af et materiale, og det tager lang tid. Med opgraderingen får vi både høj opløsning og et bredt synsfelt. For eksempel for at forstå mekaniske egenskaber i polykrystallinske materialer, vil du se, hvordan elementer fordeles omkring korngrænser mellem krystaller, men du vil også se, hvordan et stort antal korngrænser sammenlignes. Dette vil give forskere mulighed for at se på mange flere celler på måder, der i sidste ende dramatisk kan forbedre strukturelle materialer, der anvendes i bilindustrien og luftfartsindustrien.”
Med den højere lysstyrke, sagde Lang, vil der også komme en enorm databelastning. “Men vi har højtydende computing på campus, så det er stor synergi. De kan knuse tallene for at håndtere dataene. Det er en unik kilde og ressource meget tæt på.”Og med den nye Aurora supercomputer, der skal debutere i 2021, vil der være endnu flere muligheder for at udnytte Argonnes uovertrufne ressourcer.
Bob Hettel, direktør for APS-u-projektet, var involveret i at designe den nuværende APS, mens han var på SLAC National Accelerator Laboratory. Han sagde, at det er en meget spændende tid for røntgenteknologi, især med fremskridt inden for lagerringdesign, og APS er “kommet med en aggressiv tilgang, der forbedrer og forbedrer, hvad andre har gjort de sidste to årtier.”
for Hettel er den største udfordring, at der ikke er en eneste teknisk forhindring, men snarere er det integrationen af så mange forskellige komponenter. “Der er en million bevægelige dele. Men vi engagerer os i brugerfællesskabet, og vi har de absolut bedste tekniske mennesker i verden på flere områder, der er kommet sammen for at få det hele til at fungere.”
Kerby sagde, at det tidligste APS ville blive lukket ned er Juni 2022 — men ikke før alle stykker af den nye maskine er tjekket ud og er klar til at blive samlet i den gamle maskines sted — med den opgraderede APS kommer tilbage online omkring et år senere. På det tidspunkt sagde han, at brugerne bliver nødt til at kalibrere fuldstændigt, hvordan de tænker over, hvilke videnskabelige eksperimenter der er mulige.
for at læse hele historien skal du besøge https://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
om den avancerede Fotonkilde
US Department of Energy Office of Science ‘ s Advanced Photon Source (APS) på Argonne National Laboratory er en af verdens mest produktive Røntgenlyskildefaciliteter. APS leverer røntgenstråler med høj lysstyrke til et mangfoldigt samfund af forskere inden for materialevidenskab, Kemi, kondenseret materiefysik, livs-og miljøvidenskab og anvendt forskning. Disse røntgenstråler er ideelt egnet til udforskning af materialer og biologiske strukturer; elementær distribution; kemiske, magnetiske, elektroniske tilstande; og en bred vifte af teknologisk vigtige tekniske systemer fra batterier til brændstofinjektorsprayer, som alle er grundlaget for vores nations økonomiske, teknologiske og fysiske velvære. Hvert år bruger mere end 5.000 forskere APS til at producere over 2.000 publikationer, der beskriver effektive opdagelser og løser mere vitale biologiske proteinstrukturer end brugere af nogen anden røntgen lyskilde forskningsfacilitet. APS forskere og ingeniører innovere teknologi, der er kernen i at fremme accelerator og lyskilde operationer. Dette inkluderer indsættelsesenheder, der producerer røntgenstråler med ekstrem lysstyrke, der er værdsat af forskere, linser, der fokuserer røntgenstrålerne ned til et par nanometer, instrumentering, der maksimerer den måde, røntgenstrålerne interagerer med prøver, der undersøges, og programmer, der samler og styrer den enorme mængde data, der er resultatet af opdagelsesforskning hos APS.
denne forskning brugte ressourcer fra Advanced Photon Source, En U. S. DOE Office of Science bruger facilitet drives til DOE Office of Science af Argonne National Laboratory under kontrakt nr. DE-AC02-06CH11357.om Argonne National Laboratory
Argonne National Laboratory søger løsninger på presserende nationale problemer inden for videnskab og teknologi. Landets første nationale laboratorium, Argonne udfører førende grundlæggende og anvendt videnskabelig forskning inden for stort set alle videnskabelige discipliner. Argonne-forskere arbejder tæt sammen med forskere fra hundreder af virksomheder, universiteter og føderale, statslige og kommunale agenturer for at hjælpe dem med at løse deres specifikke problemer, fremme Amerikas videnskabelige ledelse og forberede nationen på en bedre fremtid. Med medarbejdere fra mere end 60 nationer ledes Argonne af UChicago Argonne, LLC for US Department of Energy ‘ s Office of Science.
om det amerikanske Energiministeriums kontor for videnskab
USA. Department of Energy ‘ s Office of Science er den største enkeltstående tilhænger af grundforskning inden for de fysiske videnskaber i USA og arbejder på at tackle nogle af de mest presserende udfordringer i vores tid. For mere information, besøg https://energy.gov/science.kilde: Brett Hansard, Argonne National Laboratory