július 21, 2020-a Közel 25 év óta a Advanced Photon Source (APS), a US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility, először megnyílt DOE Argonne National Laboratory, ez játszott alapvető szerepet néhány leglényegesebb felfedezések és fejlesztések a tudomány.
a világ minden tájáról több mint 5000 kutató végez kísérleteket az APS-ben minden évben, és munkájuk számos más figyelemre méltó siker mellett utat nyitott a jobb megújuló akkumulátorok számára; számos új gyógyszer kifejlesztését eredményezte; és segített a járművek hatékonyabbá tételében, az infrastruktúra anyagainak erősebbé tételében és az elektronika erősebbé tételében.
az APS-ben végzett kutatások közvetlenül két Nobel-díjhoz vezettek, és hozzájárultak egy harmadikhoz. Legutóbb az APS jelentősen hozzájárul a COVID-19 elleni küzdelemhez. Sugárvonalai részt vesznek a vírus fehérjeszerkezeteinek azonosításában, valamint a lehetséges gyógyszerészeti kezelések és/vagy vakcinák megtalálásában. Ez a munka világossá teszi a röntgen fényforrások, például az APS folyamatos fontosságát a világunk kritikus problémáinak megoldásában.
“az APS frissítés lehetővé teszi számunkra, hogy olyan új kísérleteket végezzünk, amelyeket most alig tudunk elképzelni. Transzformációs lesz ” -mondta Jonathan Lang, az APS X-ray Science Division (XSD) igazgatója.
mégis, míg az APS még mindig az egyik kiemelkedő kutatási létesítmény a maga nemében, az elektrontároló gyűrűt, amely a szívében van, az 1980-as évek végén tervezték, és olyan úttörő, mint akkoriban, most már a dátumozott technológiára támaszkodik.
” 25 év után a kihívás az, hogyan tudjuk továbbra is az APS-t érdekes és hasznos hellyé tenni a kutatók számára?”kérdezte Jim Kerby, az APS frissítés (APS-U) projektvezetője, aki Argonne-ba jött, hogy segítsen megválaszolni ezt a kérdést. “Hogyan hozzunk létre egy olyan létesítményt, amely továbbra is lehetőséget nyújt olyan munkákra, amelyeket máshol nem lehet elvégezni?”
mivel az APS készen áll egy 815 millió dolláros frissítésre, amely már 2023 végén lehetővé teszi a tudományt egy teljesen új és példátlan léptékben, az Argonne — I APS csapat és az általa támogatott több ezer kutató izgatottan tekint előre-még akkor is, ha senki sem tudja teljesen megismerni a várt tudományos lehetőségek teljes skáláját.
“az APS frissítés lehetővé teszi számunkra, hogy olyan új kísérleteket végezzünk, amelyeket most alig tudunk elképzelni. Transzformációs lesz ” -mondta Jonathan Lang, az APS X-ray Science Division (XSD) igazgatója.
“Usain Bolt-tól egy F-15-ig”
az APS úgy működik, mint egy óriási röntgen mikroszkóp. Rendkívül fényes röntgensugarakat hoz létre, amelyek képesek áthatolni a sűrű anyagokon, és megvilágítják az anyag szerkezetét és kémiáját molekuláris és atomi szinten. A fejlesztés részeként kicserélik a meglévő 1,1 kilométeres kör alakú tárológyűrűt, és korszerűsítik a röntgensugarakat és egyéb berendezéseket, ami egy sokkal erősebb röntgenberendezést és fényesebb Röntgengyártást eredményez.
a röntgensugarak fényereje akár 500-szor nagyobb lesz, mint a jelenlegi gép, mondta Kerby, és jelentősen javítja a teljesítményt.
“ezt nehéz elképzelni senkinek” – mondta Kerby. “Ez olyan, mintha Usain Bolt, a világrekordot tartó atlétikai sprinter, aki a Föld egyik leggyorsabb emberéről ismert, egy F-15-ös vadászrepülőgépre menne. Mindkettő gyors, de ez két nagyon különböző sebesség. Azokat a kísérleteket, amelyeket korábban lehetetlen volt reális idő alatt végrehajtani, most percek vagy órák alatt hajtják végre.”
egy másik jelentős fejlesztés magában foglalja a gerenda koherenciáját, amely a Röntgenfény rendezettségére vonatkozik. Lang azt mondta, hogy valami olyan reflektorfényből fog menni, amely széles fénymosást eredményez, valami sokkal inkább, mint egy lézer.
Stephen Streiffer, a tudományos és technológiai laboratóriumi igazgatóhelyettes, a Fotontudományok ideiglenes laboratóriumi igazgatója és az APS igazgatója szerint a koherencia különösen fontos: “a nagy energiájú röntgensugarak, amelyek rendkívül fényesek, nagyon magas koherenciával, lehetővé teszik számunkra a kísérleteket valós környezetben, nem csak modellkörnyezetben.”
Streiffer szerint elengedhetetlen, hogy az új röntgenforrás lehetővé tegye a méréseket több fizikai és időskálán. “Gondoljon arra, hogy feltárja az elektrokémiát egy akkumulátorban. A nanoszekundumtól kezdve, amikor az atomok helyi környezetben diffundálnak, egészen az akkumulátor makroszkopikus változásáig terjed napok, hetek vagy akár évek alatt. A megnövekedett fényerővel képesek leszünk megnézni a teljes képet.”
Lang egy másik szögre mutatott. “Jelenleg egy anyagnak csak egy kis részét láthatja, és ez hosszú időt vesz igénybe. A frissítéssel mind nagy felbontást, mind széles látómezőt kapunk. Például a polikristályos anyagok mechanikai tulajdonságainak megértéséhez meg kell nézni, hogy az elemek hogyan oszlanak el a szemcsehatárok között a kristályok között, de azt is meg kell nézni, hogy a szemcsehatárok nagy száma hogyan hasonlít össze. Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy sokkal több cellát vizsgáljanak meg, oly módon, hogy végül drámai módon javítsák az autóiparban és a repülőgépiparban használt szerkezeti anyagokat.”
a nagyobb fényerővel-mondta Lang-óriási adatterhelés is lesz. “De nagy teljesítményű számítástechnika van az egyetemen, így ez nagyszerű szinergia. Ezek crunch a számokat kezelni az adatokat. Ez egy egyedülálló forrás és erőforrás nagyon közel.”Az új Aurora szuperszámítógép 2021-ben debütálásával pedig még több lehetőség nyílik az Argonne páratlan erőforrásainak kiaknázására.
Bob Hettel, az APS-U projekt igazgatója részt vett a jelenlegi APS tervezésében, miközben a SLAC Nemzeti gyorsító laboratóriumában volt. Azt mondta, hogy ez egy nagyon izgalmas időszak a Röntgentechnológia számára, különösen a tárológyűrű-tervezés fejlődésével, és az APS ” olyan agresszív megközelítéssel jött létre, amely javítja és javítja azt, amit mások az elmúlt két évtizedben tettek.”
a Hettel számára a legnagyobb kihívás az, hogy nincs egyetlen technikai akadály, hanem sok különböző összetevő integrálása. “Millió mozgó alkatrész van. De együttműködünk a felhasználói közösséggel, és a világ legjobb technikai emberei vannak több területen, akik összefogtak, hogy az egész dolog működjön.”
Kerby szerint legkorábban 2022 júniusában állítják le az APS – t — de csak akkor, ha az új gép összes darabját kivették, és készen állnak a régi gép helyére történő összeszerelésre — a továbbfejlesztett APS körülbelül egy évvel később tér vissza online. Ezen a ponton, ő mondta, a felhasználóknak teljesen újra kell kalibrálniuk, hogyan gondolkodnak arról, hogy milyen tudományos kísérletek lehetségesek.
a teljes történet elolvasásához látogasson el https://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
a fejlett Fotonforrásról
Az Egyesült Államok Energiaügyi Hivatalának tudományos fejlett Fotonforrása (APS) az Argonne Nemzeti Laboratóriumban a világ egyik legtermékenyebb röntgen fényforrás-létesítménye. Az APS nagy fényerejű röntgensugarakat biztosít az anyagtudomány, a kémia, a kondenzált anyagfizika, az élet-és környezettudományok, valamint az alkalmazott kutatás kutatóinak sokszínű közösségéhez. Ezek a röntgensugarak ideálisak az anyagok és a biológiai struktúrák feltárására; elemi Eloszlás; kémiai, mágneses, elektronikus állapotok; és a technológiailag fontos mérnöki rendszerek széles skálája az akkumulátoroktól az üzemanyag-befecskendező spray-kig, amelyek mindegyike nemzetünk gazdasági, technológiai és fizikai jólétének alapja. Évente több mint 5000 kutató használja az APS-t, hogy több mint 2000 publikációt készítsen, amelyek részletezik a hatásos felfedezéseket, és megoldják a létfontosságú biológiai fehérjeszerkezeteket, mint bármely más röntgen fényforrás Kutatóintézet használói. Az APS tudósai és mérnökei olyan technológiát fejlesztenek, amely a gyorsító és a fényforrás működésének középpontjában áll. Ide tartoznak azok a behelyező eszközök, amelyek a kutatók által nagyra értékelt extrém fényerejű röntgensugarakat állítják elő, olyan lencsék, amelyek a röntgensugarakat néhány nanométerre fókuszálják, olyan műszerek, amelyek maximalizálják a röntgensugarak kölcsönhatását a vizsgált mintákkal, valamint olyan szoftverek, amelyek összegyűjtik és kezelik az APS felfedezéséből származó hatalmas mennyiségű adatot.
Ez a kutatás az Advanced Photon Source, az Egyesült Államok erőforrásait használta. DOE Office of Science felhasználói létesítmény üzemelteti a DOE Office of Science által Argonne Nemzeti Laboratórium Szerződés alapján nem. DE-AC02-06CH11357.
az Argonne Nemzeti laboratóriumról
az Argonne Nemzeti Laboratórium megoldásokat keres a tudomány és a technológia sürgető nemzeti problémáira. Az ország első nemzeti laboratóriuma, az Argonne élvonalbeli alap-és alkalmazott tudományos kutatásokat végez szinte minden tudományágban. Az Argonne kutatói szorosan együttműködnek több száz vállalat, Egyetem és szövetségi, állami és önkormányzati ügynökség kutatóival, hogy segítsenek nekik megoldani sajátos problémáikat, előmozdítani Amerika tudományos vezetését és felkészíteni a nemzetet egy jobb jövőre. Több mint 60 nemzet alkalmazottaival az Argonne-t az UChicago Argonne, LLC kezeli az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Tudományos irodája számára.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Tudományos hivataláról
az Egyesült Államok. Az Energiaügyi Minisztérium Tudományos Hivatala az Egyesült Államok fizikai tudományok alapkutatásának egyetlen legnagyobb támogatója, és korunk legsürgetőbb kihívásainak megválaszolásán dolgozik. További információkért látogasson el a https://energy.gov/scienceoldalra.forrás: Brett Hansard, Argonne Nemzeti Laboratórium