lipiec 21, 2020 — w ciągu prawie 25 lat od otwarcia obiektu Advanced Photon Source (APS), biura naukowego Departamentu Energii (DOE), po raz pierwszy otwartego w Argonne National Laboratory Doe, odegrał on istotną rolę w niektórych z najbardziej kluczowych odkryć i postępów w nauce .
ponad 5000 naukowców z całego świata przeprowadza eksperymenty w APS każdego roku, a ich praca, wśród wielu innych znaczących sukcesów, utorowała drogę do lepszych baterii odnawialnych; zaowocowało to opracowaniem wielu nowych leków; i pomogło zwiększyć wydajność pojazdów, silniejsze materiały infrastrukturalne i mocniejszą elektronikę.
badania prowadzone w APS również bezpośrednio doprowadziły do dwóch Nagród Nobla, a przyczyniły się do jednej trzeciej. Ostatnio APS wnosi znaczący wkład w walkę z COVID-19. Jego linie badawcze są zaangażowane w badania mające na celu zarówno identyfikację struktur białkowych wirusa, jak i znalezienie potencjalnych metod leczenia farmaceutycznego i / lub szczepionek. Takie prace jasno pokazują, jak ważne jest stałe znaczenie źródeł światła rentgenowskiego, takich jak APS, w rozwiązywaniu krytycznych problemów dla naszego świata.
„aktualizacja APS pozwoli nam przeprowadzać nowe eksperymenty, które ledwo możemy sobie teraz wyobrazić. To będzie transformacja”, powiedział Jonathan Lang, dyrektor APS X-ray Science Division (XSD).
jeszcze podczas gdy APS jest nadal jednym z wybitnych obiektów badawczych w swoim rodzaju, pierścień przechowywania elektronów, który jest w jego sercu został zaprojektowany na początku pod koniec 1980 roku i, jak przełomowe, jak to było w tym czasie, teraz opiera się na technologii daty.
„po 25 latach wyzwaniem jest jak sprawić, by APS stał się ciekawym i użytecznym miejscem dla naukowców?”zapytał Jim Kerby, chief project officer for the APS Upgrade (APS-U), który przybył do Argonne, aby pomóc odpowiedzieć na to pytanie. „Jak stworzyć obiekt, który nadal zapewnia możliwości pracy, której nie można wykonać nigdzie indziej?”
ponieważ APS przygotowuje się do poddania aktualizacji o wartości 815 milionów dolarów, która już pod koniec 2023 r.umożliwi naukę na zupełnie nową i bezprecedensową skalę, zespół APS w Argonne i tysiące naukowców, których wspiera, z ekscytacją patrzą w przyszłość-nawet jeśli nikt nie może całkowicie poznać pełnego zakresu możliwości naukowych, które czekają.
„aktualizacja APS pozwoli nam przeprowadzać nowe eksperymenty, które ledwo możemy sobie teraz wyobrazić. To będzie transformacja”, powiedział Jonathan Lang, dyrektor APS X-ray Science Division (XSD).
„od Usaina Bolta do F-15”
APS działa jak gigantyczny mikroskop rentgenowski. Wytwarza niezwykle jasne promienie rentgenowskie, które mogą przenikać przez gęste materiały i oświetlać strukturę i chemię materii na poziomie molekularnym i atomowym. W ramach modernizacji, istniejący 1,1-kilometrowy okrągły pierścień magazynowy zostanie wymieniony, a linie rentgenowskie i inny sprzęt zostaną zaktualizowane, tworząc znacznie mocniejsze urządzenie rentgenowskie i jaśniejszą produkcję rentgenowską.
jasność promieni rentgenowskich będzie do 500 razy większa niż obecna maszyna, powiedział Kerby, i znacznie poprawi wydajność.
„trudno to komuś naprawdę wyobrazić” – powiedział Kerby. „To jak przejście od Usaina Bolta, rekordzisty świata w biegach sprinterskich, znanego z tego, że jest jednym z najszybszych ludzi na ziemi, do samolotu myśliwskiego F-15. Oba są szybkie, ale to dwa bardzo różne rodzaje prędkości. Eksperymenty, które wcześniej były niemożliwe do wykonania w realistycznym czasie, będą teraz prowadzone w minutach do godzin.”
kolejnym ważnym ulepszeniem jest spójność wiązki, która odnosi się do tego, jak uporządkowane jest światło rentgenowskie. Lang powiedział, że będzie to coś jak reflektor, który wytwarza szerokie zmywanie światła do czegoś znacznie bardziej jak laser.
według Stephena Streiffera, zastępcy dyrektora laboratorium ds. nauki i technologii, tymczasowego dyrektora laboratorium Photon Sciences i dyrektora APS, spójność jest szczególnie ważna: „wysokoenergetyczne promienie rentgenowskie, które są ultra jasne i bardzo wysokiej koherencji, pozwolą nam eksperymentować w rzeczywistych środowiskach, a nie tylko środowiskach modelowych.”
Streiffer powiedział, że ważne jest, aby nowe źródło promieniowania rentgenowskiego umożliwiało pomiary w wielu skalach fizycznych i czasowych. „Pomyśl o zbadaniu elektrochemii w baterii. Trwa od nanosekundy z atomami dyfundującymi w lokalnym środowisku aż do makroskopowych zmian w baterii w ciągu dni, tygodni, a nawet lat. Dzięki zwiększonej jasności będziemy mogli spojrzeć na cały obraz.”
LANG wskazał inny kąt. „Obecnie można zobaczyć tylko jedną niewielką część materiału, a to zajmuje dużo czasu. Dzięki aktualizacji uzyskamy zarówno wysoką rozdzielczość, jak i szerokie pole widzenia. Na przykład, aby zrozumieć właściwości mechaniczne materiałów polikrystalicznych, chcesz zobaczyć, jak elementy są rozmieszczone wokół granic ziaren między Kryształami, ale także chcesz zobaczyć, jak duża liczba granic ziaren porównać. Pozwoli to naukowcom przyjrzeć się większej liczbie komórek, w sposób, który może ostatecznie znacznie poprawić materiały konstrukcyjne stosowane w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.”
z wyższą jasnością, powiedział Lang, również przyjdzie ogromny ładunek danych. „Ale na kampusie mamy wydajne systemy obliczeniowe, więc to świetna synergia. Mogą schrupać liczby, aby poradzić sobie z danymi. To unikalne źródło i zasób w pobliżu.”Wraz z debiutem nowego superkomputera Aurora w 2021 r.będzie jeszcze więcej możliwości wykorzystania niezrównanych zasobów Argonne.
Bob Hettel, dyrektor projektu APS-U, był zaangażowany w projektowanie obecnego APS w SLAC National Accelerator Laboratory. Powiedział, że jest to bardzo ekscytujący czas dla technologii rentgenowskiej, szczególnie z postępem w projektowaniu pierścieni pamięci masowej, a APS ” wymyślił agresywne podejście, które poprawia i poprawia to, co inni robili przez ostatnie dwie dekady.”
dla Hettela największym wyzwaniem jest to, że nie ma jednej przeszkody technicznej, a raczej jest to integracja tak wielu różnych komponentów. „Istnieje milion ruchomych części. Ale angażujemy się w społeczność użytkowników i mamy absolutnie najlepszych ludzi technicznych na świecie w wielu dziedzinach, którzy zebrali się, aby wszystko działało.”
Kerby powiedział, że najwcześniej system APS zostanie zamknięty w czerwcu 2022 r. — ale dopiero po sprawdzeniu wszystkich elementów nowej maszyny i przygotowaniu ich do montażu w miejscu starej maszyny — zmodernizowany system APS powróci do sieci około rok później. W tym momencie, powiedział, użytkownicy będą musieli całkowicie przekalibrować, jak myślą o tym, jakie eksperymenty naukowe są możliwe.
aby przeczytać całą historię, odwiedźhttps://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
o zaawansowanym źródle fotonów
zaawansowane źródło fotonów (APS) Departamentu Energii USA w Argonne National Laboratory jest jednym z najbardziej wydajnych źródeł światła rentgenowskiego na świecie. APS zapewnia wiązki promieniowania rentgenowskiego o wysokiej jasności zróżnicowanej społeczności naukowców w dziedzinie materiałoznawstwa, chemii, fizyki materii skondensowanej, Nauk o życiu i środowisku oraz badań stosowanych. Te promienie rentgenowskie idealnie nadają się do eksploracji materiałów i struktur biologicznych, dystrybucji pierwiastków, Stanów chemicznych, magnetycznych i elektronicznych oraz szerokiej gamy ważnych technologicznie systemów inżynieryjnych, od baterii po rozpylacze wtryskiwaczy paliwa, z których wszystkie są podstawą Ekonomicznego, technologicznego i fizycznego dobrobytu naszego narodu. Każdego roku ponad 5000 naukowców korzysta z APS, aby wyprodukować ponad 2000 publikacji opisujących znaczące odkrycia i rozwiązać bardziej istotne biologiczne struktury białkowe niż użytkownicy jakiegokolwiek innego ośrodka badawczego Źródła światła rentgenowskiego. Naukowcy i inżynierowie z APS wprowadzają innowacje technologiczne, które są podstawą rozwoju akceleratorów i źródeł światła. Obejmuje to urządzenia do wstawiania, które wytwarzają ekstremalnie jasne promienie rentgenowskie cenione przez naukowców, soczewki, które skupiają promienie rentgenowskie do kilku nanometrów, oprzyrządowanie, które maksymalizuje sposób, w jaki promienie rentgenowskie oddziałują z badanymi próbkami, oraz oprogramowanie, które gromadzi i zarządza ogromną ilością danych wynikających z badań discovery w APS.
w tych badaniach wykorzystano zasoby Zaawansowanego Źródła fotonu, amerykańskiego Doe Office of Science user Facility obsługiwane na rzecz Doe Office of Science przez Argonne National Laboratory na podstawie umowy nr 2011/2012. DE-AC02-06CH11357.
O Argonne National Laboratory
Argonne National Laboratory poszukuje rozwiązań problemów krajowych w nauce i technologii. Pierwsze Narodowe laboratorium w kraju, Argonne prowadzi wiodące podstawowe i stosowane badania naukowe w praktycznie każdej dyscyplinie naukowej. Naukowcy z Argonne ściśle współpracują z naukowcami z setek firm, uniwersytetów oraz agencji federalnych, stanowych i miejskich, aby pomóc im rozwiązać ich specyficzne problemy, zwiększyć wiodącą pozycję naukową Ameryki i przygotować naród na lepszą przyszłość. Z pracownikami z ponad 60 krajów, Argonne jest zarządzana przez UChicago Argonne, LLC dla biura Nauki Departamentu Energii USA.
O nas
Departament Energii ’ s Office of Science jest największym zwolennikiem podstawowych badań w naukach fizycznych w Stanach Zjednoczonych i pracuje nad sprostaniem niektórym z najbardziej palących wyzwań naszych czasów. Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź https://energy.gov/science.
źródło: Brett Hansard, Argonne National Laboratory