Усовершенствованная модернизация источника света одобрена для начала строительства

Усовершенствованный источник света (ALS), научно-исследовательский центр Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Лаборатория Беркли) Министерства энергетики, получил федеральное разрешение на начало строительства модернизации, которая повысит яркость его рентгеновских лучей как минимум на несколько процентов. стократно.

«Модернизация ALS — это потрясающее инженерное мероприятие, которое даст нам еще более мощный научный инструмент», — сказал директор лаборатории Беркли Майкл Уизерелл. «Мне не терпится увидеть, как исследователи используют его для улучшения мира и решения некоторых из самых серьезных проблем, стоящих сегодня перед обществом».

Ученые будут использовать модернизированный ALS для исследований в области биологии; химия; физика; и науки о материалах, энергетике и окружающей среде. Более яркий свет, похожий на лазерный, поможет экспертам лучше понять, что происходит в чрезвычайно малых масштабах, когда происходят реакции и процессы. Эти идеи могут иметь огромное количество применений, таких как улучшение батарей и технологий чистой энергии, создание новых материалов для датчиков и вычислений, а также исследование биологического вещества для разработки более эффективных лекарств.

«В ALS есть замечательная особенность: возможности применения настолько широки, а воздействие настолько глубоко», — сказал Дэйв Робин, директор проекта модернизации ALS. «Что меня действительно волнует каждый день, так это осознание того, что, когда модернизация ALS будет завершена, она позволит исследователям добиться научных достижений во многих различных областях в течение следующих 30–40 лет».

Одобрение Министерства энергетики, известное как «Критическое решение 3» (CD-3), официально выделяет средства на приобретение, изготовление и установку обновлений ALS. Это включает в себя строительство совершенно нового накопительного кольца и накопительного кольца, строительство четырех дополнительных лучевых линий (двух новых и двух модернизированных), а также установку сейсмических и защитных модернизаций для бетонной конструкции, в которой размещается оборудование. Проект стоимостью 590 миллионов долларов является крупнейшей инвестицией в Berkeley Lab с момента постройки ALS в 1993 году.

«Наша команда потратила годы на проектирование каждого отдельного магнита, компонента вакуумной системы, ВЧ [радиочастотного] резонатора, блока питания и остальной части индивидуальной конструкции», — сказал Робби Лефтвич-Ванн, руководитель проекта модернизации лаборатории Беркли. «Очень интересно отказаться от бумаги и погрузиться в мир установки вещей и воплощения их в жизнь».

ALS генерирует рентгеновские лучи, циркулируя электроны через накопительное кольцо с окружностью 600 футов. Когда электроны проходят через эту серию магнитов, они излучают свет по лучам на станции, где исследователи проводят эксперименты. Свет бывает разных длин волн, но ALS специализируется на «мягких» рентгеновских лучах, которые раскрывают электронные, магнитные и химические свойства материалов.

В модернизированном ALS будет использоваться новое накопительное кольцо с более совершенными магнитами, которые смогут лучше направлять и фокусировать электроны, создавая, в свою очередь, более яркие и плотные лучи света. Это позволит сжать рентгеновские лучи примерно со 100 микрон (тысячные доли миллиметра) до нескольких микрон в ширину, а это означает, что исследователи смогут отображать свои образцы с еще более высоким разрешением и в более короткие сроки. Это все равно, что переключиться с камеры мобильного телефона при тусклом свете на современную высокоскоростную камеру при ярком дневном свете.

Профиль луча усовершенствованного источника света лаборатории Беркли сегодня (слева) в сравнении с высокосфокусированным лучом (справа), который будет доступен после обновления. (Фото: Лаборатория Беркли)

«Благодаря обновлению мы сможем регулярно изучать, как изменяются образцы в 3D, а это в настоящее время очень сложно сделать», — сказал Андреас Шолль, физик из лаборатории Беркли и временный директор подразделения ALS. «Одна из наших целей — найти и разработать материалы, которые будут необходимы для технологий следующего поколения в таких областях, как хранение энергии и вычисления».

Имея 40 каналов и более 1600 пользователей в год, ALS поддерживает различные исследования. Например, исследователи могут посмотреть, как микробы расщепляют токсины, изучить, как вещества взаимодействуют для производства более качественных солнечных элементов или биотоплива, а также протестировать магнитные материалы, которые могут найти применение в микроэлектронике. Команды построят два новых канала, оптимизированных для использования улучшенного освещения, а также перестроят и модернизируют несколько существующих каналов.