21 iulie 2020 — în cei aproape 25 de ani de la sursa avansată de fotoni (APS), un departament al energiei din SUA (DOE) Biroul de utilizare a științei, deschis pentru prima dată la laboratorul național Argonne al DOE, a jucat un rol esențial în unele dintre cele mai importante descoperiri și progrese în știință.
peste 5.000 de cercetători din întreaga lume efectuează experimente la APS în fiecare an, iar munca lor a deschis, printre multe alte succese notabile, calea pentru baterii regenerabile mai bune; a dus la dezvoltarea a numeroase medicamente noi; și a contribuit la eficientizarea vehiculelor, a materialelor de infrastructură mai puternice și a electronicii mai puternice.
cercetările efectuate la APS au condus, de asemenea, direct la două Premii Nobel și au contribuit la un al treilea. Cel mai recent, APS aduce contribuții semnificative în lupta împotriva COVID-19. Liniile sale de fascicul sunt implicate în cercetare atât pentru a identifica structurile proteice ale virusului, cât și pentru a găsi potențiale tratamente farmaceutice și/sau vaccinuri. O astfel de lucrare clarifică importanța continuă a surselor de lumină cu raze X, cum ar fi APS, în rezolvarea problemelor critice pentru lumea noastră.
„actualizarea APS ne va permite să efectuăm noi experimente pe care abia ne putem imagina chiar acum. Va fi transformațional”, a declarat Jonathan Lang, directorul APS X-ray Science Division (XSD).cu toate acestea, în timp ce APS este încă una dintre cele mai importante facilități de cercetare de acest gen, inelul de stocare a electronilor care se află în centrul său a fost proiectat începând cu sfârșitul anilor 1980 și, la fel de revoluționar ca la acea vreme, se bazează acum pe tehnologia datată.
„după 25 de ani, provocarea este cum continuăm să facem APS un loc interesant și util pentru cercetători?”l-am întrebat pe Jim Kerby, director de proiect pentru ApS Upgrade (APS-U), care a venit la Argonne pentru a ajuta la răspunsul la această întrebare. „Cum creăm o facilitate care continuă să ofere oportunități de muncă care nu pot fi realizate în altă parte?”pe măsură ce APS se pregătește să treacă printr-o actualizare de 815 milioane de dolari, care va permite, încă de la sfârșitul anului 2023, știința la o scară complet nouă și fără precedent, echipa APS de la Argonne și miile de cercetători pe care îi susține privesc cu entuziasm înainte — chiar dacă nimeni nu poate cunoaște complet întreaga gamă de oportunități științifice care așteaptă.
„actualizarea APS ne va permite să efectuăm noi experimente pe care abia ne putem imagina chiar acum. Va fi transformațional”, a declarat Jonathan Lang, directorul APS X-ray Science Division (XSD).
„de la Usain Bolt la un F-15”
APS funcționează ca un microscop cu raze X gigant. Produce raze X extrem de strălucitoare care pot privi prin materiale dense și pot lumina structura și chimia materiei la nivel molecular și atomic. Ca parte a actualizării, inelul de stocare circular existent de 1,1 kilometri va fi înlocuit, iar liniile de raze X și alte echipamente vor fi actualizate, creând o instalație de raze X mult mai puternică și o producție de raze X mai strălucitoare.
luminozitatea razelor X va fi de până la 500 de ori mai mare decât mașina actuală, a spus Kerby, și va îmbunătăți semnificativ performanța.
„este greu pentru oricine să-și imagineze cu adevărat”, a spus Kerby. „Este ca și cum ai merge de la Usain Bolt, un sprinter de atletism cunoscut pentru că este unul dintre cei mai rapizi oameni de pe Pământ, la un avion de vânătoare F-15. Ambele sunt rapide, dar este de două tipuri foarte diferite de viteză. Experimentele care anterior erau imposibil de realizat într-o perioadă realistă de timp vor fi acum efectuate în minute până la ore.”
o altă îmbunătățire majoră implică coerența fasciculului, care se referă la modul în care este ordonată lumina cu raze X. Lang a spus că va merge de la ceva ca un reflector care produce o spălare largă de lumină la ceva mult mai mult ca un laser.potrivit lui Stephen Streiffer, director adjunct de laborator pentru știință și tehnologie, Director interimar de laborator asociat pentru științe fotonice și director al APS, coerența este deosebit de importantă: „razele X de înaltă energie, care sunt ultra-luminoase, cu o coerență foarte mare, ne vor permite experimente în medii reale, nu doar în medii model.”
Streiffer a spus că este esențial ca noua sursă de raze X să permită măsurători pe mai multe scale fizice și de timp. „Gândiți-vă la explorarea electrochimiei într-o baterie. De la o nanosecundă cu atomi difuzați într-un mediu local până la modificări macroscopice ale bateriei în zile, săptămâni sau chiar ani. Cu luminozitatea crescută vom putea privi întreaga imagine.”
Lang a arătat spre un alt unghi. „În prezent, puteți vedea doar o mică parte dintr-un material și durează mult timp. Odată cu actualizarea vom obține atât rezoluție înaltă, cât și un câmp vizual larg. De exemplu, pentru a înțelege proprietățile mecanice ale materialelor policristaline, doriți să vedeți cum sunt distribuite elementele în jurul granițelor granulelor între cristale, dar doriți, de asemenea, să vedeți cum se compară un număr mare de limite ale granulelor. Acest lucru va permite cercetătorilor să analizeze mult mai multe celule, în moduri care ar putea îmbunătăți în cele din urmă dramatic materialele structurale utilizate în industria auto și aerospațială.”
cu luminozitatea mai mare, a spus Lang, va veni, de asemenea, o sarcină imensă de date. „Dar avem de calcul de înaltă performanță în campus, astfel încât este o mare sinergie. Ei pot crunch numerele să se ocupe de date. Este o sursă unică și resursă foarte aproape.”Și cu noul supercomputer Aurora care va debuta în 2021, vor exista și mai multe oportunități de a valorifica resursele de neegalat ale Argonne.
Bob Hettel, directorul Proiectului APS-U, a fost implicat în proiectarea actualului APS în timp ce se afla la SLAC National Accelerator Laboratory. El a spus că este un moment foarte interesant pentru tehnologia cu raze X, în special cu progresele în designul inelului de stocare, iar APS a „venit cu o abordare agresivă care îmbunătățește și îmbunătățește ceea ce alții au făcut în ultimele două decenii.”
pentru Hettel, cea mai mare provocare este că nu există un singur obstacol tehnic, ci mai degrabă integrarea a atât de multe componente diferite. „Există un milion de piese în mișcare. Dar interacționăm cu comunitatea utilizatorilor și avem cei mai buni oameni tehnici din lume în mai multe domenii care s-au reunit pentru a face totul să funcționeze.”
Kerby a spus că cel mai devreme AP — urile vor fi închise este iunie 2022 — dar nu până când toate piesele noii mașini vor fi verificate și sunt gata să fie asamblate în locul vechii mașini-cu AP-urile modernizate revenind online aproximativ un an mai târziu. În acel moment, a spus el, utilizatorii vor trebui să recalibreze complet modul în care se gândesc la ce experimente științifice sunt posibile.
pentru a citi întreaga poveste, vizitațihttps://www.anl.gov/article/advanced-photon-source-upgrade-will-transform-the-world-of-scientific-research
despre sursa avansată de fotoni
U. S. Department of energy Office of Science ‘ s advanced Photon Source (APS) de la Argonne National Laboratory este una dintre cele mai productive instalații de sursă de lumină cu raze X din lume. APS oferă raze X de înaltă luminozitate unei comunități diverse de cercetători în știința materialelor, Chimie, Fizica materiei condensate, științele vieții și mediului și cercetarea aplicată. Aceste raze X sunt ideale pentru explorarea materialelor și a structurilor biologice; distribuția elementară; stări chimice, magnetice, electronice; și o gamă largă de sisteme inginerești importante din punct de vedere tehnologic, de la baterii la spray-uri cu injector de combustibil, toate acestea fiind fundamentele bunăstării economice, tehnologice și fizice a națiunii noastre. În fiecare an, mai mult de 5.000 de cercetători folosesc APS pentru a produce peste 2.000 de publicații care detaliază descoperiri de impact și rezolvă mai multe structuri biologice de proteine vitale decât utilizatorii oricărei alte instalații de cercetare a surselor de lumină cu raze X. Oamenii de știință și inginerii APS inovează tehnologia care se află în centrul avansării operațiunilor de accelerare și sursă de lumină. Aceasta include dispozitivele de inserție care produc raze X cu luminozitate extremă apreciate de cercetători, lentile care focalizează razele X până la câțiva nanometri, instrumente care maximizează modul în care razele X interacționează cu probele studiate și software care adună și gestionează cantitatea masivă de date rezultate din cercetarea descoperirilor la APS.
această cercetare a folosit resurse ale sursei avansate de fotoni, O S. U. A. DOE Office of Science User Facility operat pentru Doe Office of Science de către Laboratorul Național Argonne în baza contractului nr. DE-AC02-06CH11357.
despre Argonne National Laboratory
Argonne National Laboratory caută soluții la problemele naționale presante în știință și tehnologie. Primul laborator național al națiunii, Argonne desfășoară cercetări științifice de bază și aplicate de vârf în aproape fiecare disciplină științifică. Cercetătorii Argonne lucrează îndeaproape cu cercetători din sute de companii, universități și agenții federale, de stat și municipale pentru a-i ajuta să-și rezolve problemele specifice, să avanseze conducerea științifică a Americii și să pregătească națiunea pentru un viitor mai bun. Cu angajați din peste 60 de țări, Argonne este administrată de UChicago Argonne, LLC pentru biroul de știință al Departamentului Energiei din SUA.
despre Biroul de știință al Departamentului Energiei al SUA
SUA. Biroul de știință al Departamentului Energiei este cel mai mare susținător al cercetării de bază în științele fizice din Statele Unite și lucrează pentru a aborda unele dintre cele mai presante provocări ale timpului nostru. Pentru mai multe informații, vizitați https://energy.gov/science.
Sursa: Brett Hansard, Laboratorul Național Argonne