Проект, известный как LCLS-II, значительно увеличит мощность и пропускную способность линейного когерентного источника света (LCLS) SLAC для экспериментов, которые уточнят наше представление о том, как природа работает на атомном уровне и в сверхбыстрых временных масштабах.«LCLS-II выведет рентгенологию на новый уровень, открывая двери для целого ряда новых исследований сверхбыстрых и сверхмалых устройств», — сказал директор LCLS Майк Данн. «Это значительно расширит нашу способность разрабатывать преобразующие технологии будущего, включая новую электронику, спасающие жизнь лекарства и инновационные решения в области энергетики».Директор SLAC Чи-Чан Као сказал: «Наша лаборатория имеет давнюю традицию создания и эксплуатации первоклассных источников рентгеновского излучения, которые помогают пользователям со всего мира проводить передовые исследования в области химии, материаловедения, биологии и исследований в области энергетики.
LCLS-II будет держать США в авангарде рентгеновской науки ".Превосходный рентгеновский микроскопКогда шесть лет назад LCLS открылся в качестве пользовательского центра Управления науки Министерства энергетики США, это был первый источник света такого рода — уникальный рентгеновский микроскоп, который использует самые яркие и быстрые рентгеновские импульсы, когда-либо созданные, чтобы предоставить беспрецедентные детали изображения атомный мир.
Сотни ученых используют LCLS каждый год, чтобы получить представление о фундаментальных процессах природы в беспрецедентных подробностях. Молекулярные фильмы показывают, как образуются и разрываются химические связи; сверхбыстрые снимки захватывают электрические заряды, поскольку они быстро перестраиваются в материалах и меняют свои свойства; а четкие трехмерные изображения белков, связанных с заболеванием, предоставляют детали на атомарном уровне, которые могут стать ключом к обнаружению потенциальных лекарств.
Новый рентгеновский лазер будет работать параллельно с существующим, каждый из которых будет занимать одну треть 2-мильного туннеля линейного ускорителя SLAC. Вместе они позволят исследователям проводить наблюдения в более широком диапазоне энергий, делать подробные снимки быстрых процессов, исследовать тонкие образцы, недоступные для других источников света, и собирать больше данных за меньшее время, что значительно увеличивает количество экспериментов, которые могут будут выполняться на этом новаторском предприятии.
«Обновление принесет пользу рентгеновским экспериментам по-разному, и я очень рад использовать новые возможности для моих собственных исследований», — сказал профессор Университета Брауна Питер Вебер, который был одним из руководителей исследования LCLS, в котором использовались рентгеновские лучи. рассеяние для отслеживания сверхбыстрых структурных изменений, когда кольцевые молекулы газа разрываются в химической реакции, жизненно важной для многих процессов в природе. «С помощью LCLS-II мы сможем гораздо лучше сфокусировать движение атомов, что поможет нам лучше понять динамику важнейших химических реакций».Большой скачок в производительности рентгеновских лазеровКак и существующий объект, LCLS-II будет использовать электроны, ускоренные почти до скорости света, для генерации пучков чрезвычайно яркого рентгеновского лазерного света.
Электроны пролетают через серию магнитов, называемых ондулятором, которые заставляют их двигаться зигзагообразным путем и испускать энергию в виде рентгеновских лучей.
Но способ ускорения этих электронов будет совершенно другим и даст LCLS-II совсем другие возможности.В настоящее время электроны ускоряются по медной трубе, которая работает при комнатной температуре и позволяет генерировать 120 рентгеновских лазерных импульсов в секунду.
На LCLS-II экипажи установят сверхпроводящий ускоритель. Он называется «сверхпроводящим», потому что его полости из металлического ниобия проводят электричество с почти нулевыми потерями при охлаждении до минус 456 градусов по Фаренгейту. Ускорение электронов через серию этих полостей позволяет генерировать почти непрерывный рентгеновский лазерный луч с импульсами, которые в среднем в 10 000 раз ярче, чем у LCLS, и достигают миллиона раз в секунду.
Прочные партнерские отношения для светлого будущего в рентгеновской наукеПомимо нового ускорителя, LCLS-II требует ряда других передовых компонентов, в том числе нового источника электронов, двух мощных криогенных установок, производящих хладагент для ниобиевых структур, и двух новых ондуляторов для генерации рентгеновских лучей.Чтобы сделать это крупное обновление реальностью, SLAC объединился с четырьмя другими национальными лабораториями — Argonne, Berkeley Lab, Fermilab and Jefferson Lab — и Корнельским университетом, причем каждый партнер вносит ключевой вклад в планирование проекта, а также в разработку компонентов. приобретение и строительство.
«Мы не смогли бы сделать это без наших сотрудников», — сказал Джон Галайда из SLAC, руководитель группы проекта LCLS-II. «Чтобы объединить все компоненты воедино и добиться успеха, нам нужен опыт всех партнеров, их основная инфраструктура и приверженность их лучших специалистов».После принятия в марте «Критических решений 2 и 3 (CD-2/3)» Министерство энергетики официально одобрило строительство проекта стоимостью 1 миллиард долларов, который финансируется Управлением науки Министерства энергетики. В настоящее время SLAC очищает первую треть линейного ускорителя, чтобы освободить место для сверхпроводящего ускорителя, запуск которого запланирован на начало 2020-х годов. Тем временем LCLS будет продолжать обслуживать рентгеновское научное сообщество, за исключением шести месяцев простоя в 2017 году, связанных со строительством, и 12-месячного простоя с 2018 по 2019 год.
По словам Данна, с модернизацией, которая сейчас продвигается вперед, SLAC будет иметь рентгеновскую лазерную установку, которая позволит проводить новаторские исследования на долгие годы.