dia 21 de julho, 2020 — Nos quase 25 anos desde que o Avançado de Fotões de Fonte (APS), um Departamento de Energia dos EUA (DOE) de Ciências do Usuário Facilidade, abriu pela primeira vez no DOE do Argonne National Laboratory, ele tem desempenhado um papel essencial em alguns dos principais descobertas e avanços na ciência.
Mais de 5.000 pesquisadores de todo o mundo, realizar experimentos na APS cada ano, e seu trabalho tem, entre muitos outros sucessos notáveis, abriu o caminho para uma melhor renováveis baterias; resultou no desenvolvimento de inúmeras novas drogas, e ajudou a tornar os veículos mais eficientes, materiais de infraestrutura mais fortes e eletrônicos mais poderosos.
A pesquisa realizada na APS também levou diretamente a dois Prêmios Nobel, e contribuiu para um terceiro. Mais recentemente, a EPA está a dar contributos significativos na luta contra a COVID-19. As suas beamlines estão envolvidas na investigação para identificar as estruturas proteicas do vírus e encontrar potenciais tratamentos farmacêuticos e/ou vacinas. Tal trabalho deixa claro a importância contínua das fontes de luz de raios X, como a APS, na resolução de problemas críticos para o nosso mundo.
” A atualização APS nos permitirá realizar novos experimentos que mal podemos imaginar agora. Será transformacional”, disse Jonathan Lang, diretor da Divisão de Ciência de raios X da APS (XSD).
no entanto, enquanto o EPA ainda é uma das principais instalações de pesquisa de seu tipo, o anel de armazenamento de elétrons que está em seu coração foi projetado a partir do final da década de 1980 e, como inovador como era na época, agora depende de tecnologia datada.
“após 25 anos, o desafio é como continuar a fazer da APS um lugar interessante e útil para os pesquisadores?”perguntou Jim Kerby, diretor de projeto da upgrade APS (APS-U), que veio a Argonne para ajudar a responder a essa pergunta. “Como criamos uma facilidade que continua a proporcionar oportunidades de trabalho que não podem ser feitas em qualquer outro lugar?”
à medida que o APS prepara para passar por uma atualização de US $815 milhões que irá, já no final de 2023, permitir a ciência em uma escala completamente nova e sem precedentes, a equipe APS em Argonne e os milhares de pesquisadores que ele apoia estão ansiosos olhando para o futuro-mesmo que ninguém possa conhecer completamente a gama de oportunidades científicas que aguardam.
” A atualização APS nos permitirá realizar novos experimentos que mal podemos imaginar agora. Será transformacional”, disse Jonathan Lang, diretor da Divisão de Ciência de raios X da APS (XSD).a EPA funciona como um microscópio de raios-X gigante. Produz raios-X extremamente brilhantes que podem observar materiais densos e iluminar a estrutura e a química da matéria a nível molecular e Atómico. Como parte da atualização, o anel de armazenamento circular de 1,1 quilômetro existente será substituído e beamlines de raios X e outros equipamentos serão atualizados, criando uma instalação de raios X muito mais poderosa e uma produção de raios X mais brilhante.
O brilho dos raios-X será até 500 vezes maior do que a máquina atual, disse Kerby, e irá melhorar significativamente o desempenho.”isso é difícil para alguém realmente imaginar”, disse Kerby. “É como passar de Usain Bolt, um atleta de recordes mundiais conhecido por ser um dos homens mais rápidos da terra, para um caça F-15. Ambos são rápidos, mas são dois tipos muito diferentes de velocidade. Experimentos que eram anteriormente impossíveis de realizar em uma quantidade realista de tempo agora serão conduzidos em minutos a horas.”
outra grande melhoria envolve a coerência do feixe, que se relaciona com a forma como a luz de raios X é ordenada. Lang disse que vai de algo como um holofote que produz uma ampla Lavagem de luz para algo muito mais como um laser.de acordo com Stephen Streiffer, diretor de laboratório adjunto para Ciência e Tecnologia, diretor de laboratório interino associado para Ciências fotônicas, e Diretor da APS, coerência é especialmente importante: “raios-X de alta energia que são ultra-brilhantes com muito alta coerência nos permitirá experimentos em ambientes reais, não apenas em ambientes modelo.”
Streiffer said it was essential that the new X-ray source enables measurements across multiple physical and time scales. “Pense em explorar a eletroquímica em uma bateria. Vai de um nanossegundo com átomos a difundirem-se num ambiente local até alterações macroscópicas na bateria durante dias, semanas ou mesmo anos. Com o aumento do brilho seremos capazes de olhar para toda a imagem.Lang apontou para outro ângulo. “Atualmente, você só pode ver uma pequena parte de um material, e isso leva muito tempo. Com o upgrade obteremos uma resolução elevada e um amplo campo de visão. Por exemplo, para entender propriedades mecânicas em materiais policristalinos, você quer ver como os elementos são distribuídos em torno dos limites de grãos entre cristais, mas você também quer ver como um grande número de limites de grãos se comparam. Isto permitirá que os investigadores analisem muitas mais células, de formas que possam, em última análise, melhorar drasticamente os materiais estruturais utilizados nas indústrias automóvel e aeroespacial.”
com o brilho mais elevado, disse Lang, também virá uma imensa carga de dados. “Mas nós temos computação de alto desempenho no campus então isso é uma grande sinergia. Eles podem calcular os números para lidar com os dados. É uma fonte única e um recurso muito próximo.”E com o novo supercomputador Aurora programado para estrear em 2021, haverá ainda mais oportunidades para aproveitar recursos incomparáveis de Argonne.
Bob Hettel, o diretor do projeto APS-U, esteve envolvido na concepção do atual APS enquanto estava no Laboratório Nacional de aceleradores SLAC. Ele disse que é um momento muito emocionante para a tecnologia de Raio-X, particularmente com os avanços no design de anéis de armazenamento, e a APS “surgiu com uma abordagem agressiva que aumenta e melhora o que outros têm feito nas últimas duas décadas.”
para Hettel, o maior desafio é que não há um único obstáculo técnico, mas sim a integração de tantos componentes diferentes. “Há um milhão de peças móveis. Mas estamos engajados com a comunidade de usuários, e temos as melhores pessoas técnicas do mundo em várias áreas que se uniram para fazer tudo funcionar.”
Kerby disse que o APS mais antigo seria desligado em junho de 2022 — mas não até que todas as peças da nova máquina foram verificadas e estão prontas para serem montadas no lugar da antiga máquina — com o upgraded APS voltando on-line cerca de um ano depois. Nesse ponto, disse ele, os usuários terão que recalibrar completamente como eles pensam sobre quais experimentos científicos são possíveis.
Para ler a história completa, visite https://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
Sobre o Avançado de Fotões de Fonte
O U. S. Departamento de Energia Escritório de Ciência Avançada de Fotões de Fonte (APS) Argonne National Laboratory é um dos mais produtivos do mundo de raio-X fonte de luz de instalações. A APS fornece feixes de raios X de alto brilho para uma comunidade diversificada de pesquisadores em ciência dos Materiais, Química, Física da matéria condensada, a vida e ciências ambientais, e pesquisa aplicada. Estes raios-X são idealmente adequados para explorações de materiais e estruturas biológicas; distribuição elementar; Estados químicos, magnéticos, eletrônicos; e uma ampla gama de sistemas de engenharia tecnologicamente importantes, desde baterias a pulverização de injetores de combustível, todos os quais são as bases do bem-estar econômico, tecnológico e físico de nossa nação. A cada ano, mais de 5.000 pesquisadores usam o APS para produzir mais de 2.000 publicações detalhando descobertas impactantes, e resolver mais estruturas biológicas de proteínas vitais do que os usuários de qualquer outra instalação de pesquisa de fontes de luz de raios X. Os cientistas e engenheiros da APS inovam tecnologia que está no centro do avanço das operações de aceleradores e fontes de luz. Isso inclui a inserção de dispositivos que produzem extrema-brilho de raios-X apreciados pelos pesquisadores, lentes que concentram os raios-X para uns poucos nanômetros, instrumentação, que maximiza a forma como os raios-X interagem com as amostras estudadas, e um software que reúne e gerencia a enorme quantidade de dados resultantes da pesquisa de descoberta na APS.
esta pesquisa usou recursos da fonte de fótons avançados, um E. U. DOE Office of Science User Facility operated for the DOE Office of Science by Argonne National Laboratory under Contract No. DE-AC02-06CH11357.
sobre o Laboratório Nacional de Argonne
o Laboratório Nacional de Argonne procura soluções para a pressão dos problemas nacionais na ciência e Tecnologia. O primeiro laboratório nacional do país, Argonne conduz pesquisas científicas básicas e aplicadas em praticamente todas as disciplinas científicas. Pesquisadores de Argonne trabalham em estreita colaboração com pesquisadores de centenas de empresas, universidades e agências federais, estaduais e municipais para ajudá-los a resolver seus problemas específicos, avançar a liderança científica da América e preparar a nação para um futuro melhor. Com funcionários de mais de 60 países, Argonne é gerenciada por UChicago Argonne, LLC para o escritório de Ciência do Departamento de energia dos Estados Unidos.= = história = = o Departamento de energia dos Estados Unidos da América é o Departamento de Ciência dos Estados Unidos da América. O departamento de Ciência do Departamento de energia é o maior apoiador da pesquisa básica em Ciências Físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais prementes de nosso tempo. Para mais informações, visite https://energy.gov/science.fonte: Brett Hansard, Laboratório Nacional de Argonne