heinäkuu 21, 2020 — lähes 25 vuotta sitten Advanced Photon Source (APS), Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Office of Science user Facility, ensimmäinen avattiin DOE ’ s Argonne National Laboratory, se on ollut olennainen rooli joitakin keskeisimpiä löytöjä ja edistysaskeleet tieteen.
yli 5 000 tutkijaa ympäri maailmaa tekee APS: ssä kokeita joka vuosi, ja heidän työnsä on monien muiden merkittävien onnistumisten ohella tasoittanut tietä paremmille uusiutuville akuille; johti lukuisten uusien lääkkeiden kehittämiseen ja auttoi tekemään ajoneuvoista tehokkaampia, infrastruktuurimateriaaleista vahvempia ja elektroniikasta tehokkaampia.
APS: ssa tehty tutkimus on myös suoraan johtanut kahteen Nobel-palkintoon ja osaltaan kolmanteen. Viimeksi APS on antanut merkittävän panoksen COVID-19-taudin torjunnassa. Sen beamliinit osallistuvat tutkimukseen sekä viruksen proteiinirakenteiden tunnistamiseksi että mahdollisten lääkehoitojen ja/tai rokotteiden löytämiseksi. Tällainen työ tekee selväksi Röntgenvalonlähteiden, kuten APS: n, jatkuvan merkityksen maailmamme kriittisten ongelmien ratkaisemisessa.
”APS-päivitys antaa meille mahdollisuuden tehdä uusia kokeiluja, joita voimme tuskin edes kuvitella juuri nyt. Se tulee olemaan mullistava”, sanoi APS: n RÖNTGENTIETEEN osaston (XSD) johtaja Jonathan Lang.
vaikka APS on edelleen yksi lajinsa huomattavimmista tutkimuslaitoksista, sen ytimessä oleva elektronivarastorengas suunniteltiin 1980-luvun lopulta alkaen ja, niin uraauurtavaa kuin se tuolloin olikin, nojaa nyt vanhentuneeseen teknologiaan.
”25 vuoden jälkeen haasteena on, miten teemme APS: stä edelleen kiinnostavan ja hyödyllisen paikan tutkijoille?”kysyi Jim Kerby, APS-päivityksen (APS-U) projektipäällikkö, joka tuli Argonneen auttamaan vastaamaan tähän kysymykseen. ”Miten luomme tilan, joka tarjoaa edelleen mahdollisuuksia sellaiseen työhön, jota ei voi tehdä missään muualla?”
koska APS: n on mahdollista tehdä 815 miljoonan dollarin päivitys, joka mahdollistaa tieteen aivan uudessa ja ennennäkemättömässä mittakaavassa jo vuoden 2023 lopulla, APS: n tiimi Argonnessa ja tuhannet sen tukemat tutkijat katsovat innoissaan eteenpäin-vaikka kukaan ei voi täysin tietää kaikkia tieteellisiä mahdollisuuksia, jotka odottavat.
”APS-päivitys antaa meille mahdollisuuden tehdä uusia kokeiluja, joita voimme tuskin edes kuvitella juuri nyt. Se tulee olemaan mullistava”, sanoi APS: n RÖNTGENTIETEEN osaston (XSD) johtaja Jonathan Lang.
”Usain Boltista F-15: een”
APS toimii kuin jättimäinen Röntgenmikroskooppi. Se tuottaa erittäin kirkkaita röntgensäteitä, jotka voivat kurkistaa tiheän materiaalin läpi ja valaista aineen rakennetta ja kemiaa molekyyli-ja atomitasolla. Osana päivitystä nykyinen 1,1-kilometrinen ympyränmuotoinen varastorengas vaihdetaan ja Röntgenbeamlineja ja muita laitteita päivitetään, mikä luo huomattavasti tehokkaamman Röntgenlaitoksen ja kirkkaamman Röntgentuotannon.
röntgensäteiden kirkkaus on Kerbyn mukaan jopa 500 kertaa suurempi kuin nykyinen kone, ja se parantaa suorituskykyä merkittävästi.
”sitä on vaikea kenenkään oikeasti kuvitella”, Kerby sanoi. ”Se on kuin menisi Usain Bolt, maailmanennätyksen hallussaan yleisurheilu pikajuoksija tunnetaan yhtenä maailman nopeimmista miehistä, F-15 hävittäjälentokone. Molemmat ovat nopeita, mutta kyse on kahdesta hyvin erilaisesta nopeudesta. Kokeita, joita aiemmin oli mahdotonta suorittaa realistisessa ajassa, tehdään nyt minuuteista tunteihin.”
toinen merkittävä parannuskohde on sädeherkkä koherenssi, joka liittyy siihen, miten järjestyksessä Röntgenvalo on. Lang sanoi, että se muuttuu valonheittimen kaltaisesta valokeilasta laserin kaltaiseksi.
Stephen Streifferin, tieteen ja teknologian apulaislaboratorion johtajan, Fotonitieteiden väliaikaisen apulaislaboratorion johtajan ja APS: n johtajan mukaan koherenssi on erityisen tärkeää: ”Korkeaenergiset röntgensäteet, jotka ovat erittäin kirkkaita ja erittäin koherentteja, mahdollistavat kokeet todellisissa ympäristöissä, eivät vain malliympäristöissä.”
Streifferin mukaan on oleellista, että uusi Röntgenlähde mahdollistaa mittauksia useilla fysikaalisilla ja aikaskaaloilla. ”Ajattele akun sähkökemian tutkimista. Se menee nanosekunnista atomien hajaantuessa paikallisessa ympäristössä aina makroskooppisiin muutoksiin akussa päivien, viikkojen tai jopa vuosien aikana. Lisääntyneen kirkkauden myötä pystymme katsomaan koko kuvaa.”
Lang osoitti toiseen kulmaan. ”Tällä hetkellä näet vain yhden pienen osan materiaalista, ja se kestää kauan. Päivityksen myötä saamme sekä korkean resoluution että laajan näkökentän. Esimerkiksi monikiteisten materiaalien mekaanisten ominaisuuksien ymmärtämiseksi haluat nähdä, miten elementit jakautuvat raerajojen ympärille kiteiden välillä, mutta haluat myös nähdä, miten suuri määrä raerajoja vertaa toisiinsa. Näin tutkijat voivat tarkastella paljon enemmän soluja, tavoilla, jotka saattavat lopulta dramaattisesti parantaa rakennemateriaaleja, joita käytetään auto-ja ilmailu-teollisuudessa.”
suuremmalla kirkkaudella Lang sanoi myös tulevan valtava datakuorma. ”Mutta meillä on korkean suorituskyvyn tietojenkäsittely kampuksella, joten se on suuri synergia. He voivat runnoa numeroita tietojen käsittelemiseksi. Se on ainutlaatuinen lähde ja resurssi hyvin lähellä.”Ja kun uusi Aurora-supertietokone on tarkoitus ottaa käyttöön vuonna 2021, on entistä enemmän mahdollisuuksia hyödyntää Argonnen vertaansa vailla olevia resursseja.
Bob Hettel, APS-U-projektin johtaja, osallistui nykyisen APS: n suunnitteluun ollessaan SLAC National Accelerator Laboratoryssa. Hän sanoi, että se on erittäin jännittävä aika Röntgentekniikan, erityisesti edistysaskeleet varastointi rengas suunnittelu, ja APS on ” keksiä aggressiivinen lähestymistapa, joka parantaa ja parantaa, kun mitä muut ovat tehneet kahden viime vuosikymmenen aikana.”
Hettelille suurin haaste on se, että ei ole yhtä teknistä estettä, vaan se on niin monen eri komponentin integrointi. ”Liikkuvia osia on miljoona. Mutta teemme yhteistyötä käyttäjäyhteisön kanssa, ja meillä on maailman ehdottomasti parhaat tekniset ihmiset useilla aloilla, jotka ovat kokoontuneet yhteen saadakseen koko homman toimimaan.”
Kerby sanoi APS: n sammuvan aikaisintaan kesäkuussa 2022 — mutta vasta kun kaikki uuden koneen osat on tarkastettu ja ne ovat valmiita koottavaksi vanhan koneen paikalle — päivitettyjen APS: ien palattua verkkoon noin vuotta myöhemmin. Siinä vaiheessa käyttäjien on hänen mukaansa kalibroitava täysin uudelleen, miten he ajattelevat siitä, mitkä tieteelliset kokeet ovat mahdollisia.
Lue koko juttu https://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
edistyneestä Fotonilähteestä
U. S. Department of Energy Office of Sciencen Advanced Photonilähde (APS) Argonnen kansallisessa laboratoriossa on yksi maailman tuotteliaimmista Röntgenvalonlähteistä. APS tarjoaa korkean kirkkauden röntgensäteitä monipuoliselle materiaalitieteen, kemian, tiivistetyn aineen fysiikan, elämän-ja ympäristötieteiden sekä soveltavan tutkimuksen tutkijayhteisölle. Nämä röntgensäteet soveltuvat erinomaisesti materiaalien ja biologisten rakenteiden tutkimiseen; alkuaineiden jakeluun; kemiallisiin, magneettisiin, elektronisiin valtioihin; ja monenlaisiin teknologisesti tärkeisiin teknisiin järjestelmiin akuista polttoaineruiskuihin, jotka kaikki ovat maamme taloudellisen, teknologisen ja fyysisen hyvinvoinnin perusta. Joka vuosi yli 5 000 tutkijaa käyttää APS: ää tuottaakseen yli 2 000 julkaisua, joissa kerrotaan vaikuttavista löydöistä, ja ratkaistakseen tärkeämpiä biologisia proteiinirakenteita kuin minkään muun Röntgenvalonlähteen tutkimuslaitoksen käyttäjät. APS: n tutkijat ja insinöörit innovoivat teknologiaa, joka on keskeisessä asemassa kiihdyttimien ja valonlähteiden toiminnassa. Tämä sisältää insertiolaitteet, jotka tuottavat äärimmäisen kirkkauden röntgensäteitä arvostettuja tutkijoita, linssit, jotka tarkentavat röntgensäteet muutaman nanometrin tarkkuudella, Instrumentointi, joka maksimoi tavan, jolla röntgensäteet ovat vuorovaikutuksessa tutkittavien näytteiden kanssa, ja ohjelmisto, joka kerää ja hallinnoi valtava määrä tietoa tuloksena discovery tutkimus at APS.
tässä tutkimuksessa käytettiin kehittyneen Fotonilähteen, A. S. DOE Office of Science User Facility operoi DOE Office of Science-laitosta varten Argonne National Laboratory-yhtiöllä sopimuksen nro. DE-AC02-06CH11357.
tietoja Argonnen kansallisesta laboratoriosta
Argonnen kansallinen laboratorio etsii ratkaisuja kiireellisiin kansallisiin ongelmiin tieteessä ja teknologiassa. Maan ensimmäinen kansallinen laboratorio, Argonne tekee huippuluokan perus-ja soveltavan tieteellisen tutkimuksen lähes kaikilla tieteenaloilla. Argonne tutkijat tekevät tiivistä yhteistyötä tutkijoiden satoja yrityksiä, yliopistot, ja liittovaltion, valtion ja kuntien virastojen auttaa heitä ratkaisemaan erityisiä ongelmia, edistää Amerikan tieteellinen johtajuus ja valmistella kansakunnan parempaa tulevaisuutta. Työntekijöitä on yli 60 maasta, ja Argonnea hallinnoi UChicago Argonne, LLC Yhdysvaltain energiaministeriön Office of Science.
Yhdysvaltain energiaministeriön Tiedetoimistosta
Department of Energy ’ s Office of Science on suurin yksittäinen tukija perustutkimuksen fysikaalisten tieteiden Yhdysvalloissa ja pyrkii vastaamaan joitakin kiireellisimpiä haasteita aikamme. Lisätietoja: https://energy.gov/science.
lähde: Brett Hansard, Argonne National Laboratory