منبع نور منسجم Linac (LCLS)، قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان که در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC در ایالات متحده واقع شده است، برای ارتقای عمده ای تنظیم شده است که روشنایی اشعه ایکس آن را 3000 برابر افزایش می دهد.
پس از تکمیل، این ارتقا به دانشمندان اجازه میدهد تا فرآیندهای مقیاس اتمی را در جستجوی پاسخ هایی در زیست شناسی، علم مواد، فیزیک کوانتومی و بسیاری موارد دیگر بررسی کنند. LCLS که توسط وزارت انرژی (DOE) تأمین می شود، قوی ترین دستگاه اشعه ایکس در جهان است و همچنین اولین دستگاهی بود که اشعه ایکس سخت یا پرانرژی را با لیزر الکترون آزاد تولید کرد.
این تاسیسات در سال 2009 شروع به کار کرد اما در سال 2023 ارتقاء اساسی یافت. یک شتاب دهنده ابررسانا و ساختارهای مغناطیسی به نام موج سوز اضافه شد که میتواند پرتوهای پرتو ایکس نرم و سخت را تولید کند. این ارتقاء که LCLS-II نامیده می شود، تأسیسات را برای تولید یک میلیون پالس اشعه ایکس در ثانیه آماده کرد.
اکنون، DOE ارتقاء دیگری به نام LCLS-II HE (انرژی بالا) را روشن کرده است که انرژی پرتو الکترونی حاصل از شتاب دهنده ابررسانا را دو برابر می کند و در نتیجه انرژی پرتو ایکس را دو برابر می کند.
ارتقاء LCLS-II-HE چیست؟
شتاب دهنده ابررسانا در ارتقاء LCLS-II از 37 ماژول برودتی تشکیل شده است که می توانند تا 456- فارنهایت (271- درجه سانتیگراد) خنک شوند تا الکترون ها را به انرژی های بالا با اتلاف انرژی ناچیز برساند.
برای ارتقای انرژی بالا، LCLS مجموعه ای از 23 ماژول سرمای جدید را دریافت می کند که هر کدام شامل هشت حفره فرکانس رادیویی ابررسانا است که به ارائه عملکرد برتر کمک می کند.
ماژول ها توسط آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی DOE (Fermilab) و تاسیسات شتاب دهنده ملی توماس جفرسون (آزمایشگاه جفرسون) ساخته شده اند.
گرگ هیس، مدیر پروژه گفت: “اولین کرایومول یک نمونه اولیه بود که از یدکی LCLS-II ساخته شده بود، بنابراین ما همه اجزا را در دسترس داشتیم. پس از اتمام خط تولید، به طور متوسط هر شش هفته یک بار توانسته ایم یک واحد بسازیم. همه آنها قرار است در سال 2026 در تونل شتاب دهنده نصب شوند.”
چرا دوباره لیزر اشعه ایکس را ارتقا دهیم؟
با توجه به اینکه ارتقاء LCLS-II تنها در سال 2023 تکمیل شد، خبرنگاران پرسیدند که چرا ارتقاء HE به طور همزمان گنجانده نشده است. LCLS-II مجبور بود اولین شتاب دهنده ابررسانای موج پیوسته جهان (CW) را طراحی و نصب کند، به این معنی که یک جریان پیوسته از پالس ها را با سرعت بسیار زیاد تکرار می کند.
هیز توضیح داد: “ما نیاز داشتیم قبل از اینکه خیلی زیاد کار کنیم، مطمئن می شدیم که کار می کند، و بنابراین تصمیم به نصب 4 گیگا ولت با پروژه LCLS-II گرفته شد، که برای هدایت برنامه علمی «اشعه ایکس نرم» در LCLS کافی است.
از آن زمان، فناوری شتاب دهنده های ابررسانا به بلوغ رسیده است و پروژه LCLS-II-HE را قادر میسازد تا انرژی شتاب دهنده را از 4 به 8 گیگا ولت بدون دوبرابر کردن تعداد قطعات، دو برابر کند. این به ما امکان می دهد برای اولین بار به “رژیم اشعه ایکس سخت” با این نرخ تکرار بالا دسترسی پیدا کنیم.”
چه زمانی آماده میشود؟
دستیابی به اولین نور برای اواخر سال 2027 پیش بینی شده است، اما می تواند تا سال 2030 نیز ادامه یابد. مایک دانه، مدیر LCLS، در ایمیل اضافه کرد: “اولین فعالیت تعیین میزان عملکرد پرتو جدید خواهد بود. سپس به دوره «علم اولیه» می رویم که بخش گسترده ای از جامعه کاربر را درگیر می کند و سپس به آزمایش های فردی کاربر می پردازیم.
با این حال، ارتقاء به این معنی نیست که LCLS-II برای آزمایش در دسترس نخواهد بود. از آنجایی که این مرکز دارای دو شتاب دهنده است و فقط شتاب دهنده ابررسانا در حال ارتقا است، می تواند با استفاده از شتاب دهنده رسانای معمولی به کار خود ادامه دهد.
اگر ارتقاء LCLS-II یک دوربین فیلم با کیفیت بالا را قادر به ثبت تصاویر واضح و دقیق می کرد، ارتقاء LCLS-II-HE وضوح و حساسیت دوربین را تا حد زیادی افزایش می دهد. دانشمندان قادر خواهند بود حرکت در مقیاس اتمی مواد، سیستم های شیمیایی و مجتمع های بیولوژیکی را برای رسیدگی به برخی از بحرانی ترین چالش های پیش روی جامعه ما تصویر کنند.”
دیدگاهتان را بنویسید