Nowy laser rentgenowski odpalony. Strzela milionem impulsów na sekundę
W Narodowym Laboratorium Akceleracyjnym SLAC Departamentu Energii USA (DOE) uruchomiony został zmodernizowany laser rentgenowski oparty na swobodnych elektronach, LCLS-II, który został zbudowany za 1,1 mld dolarów.
Narodowe Laboratorium Akceleracyjne SLAC w Stanford już od ponad sześciu dekad buduje i obsługuje potężne narzędzia do rozwoju nauki. Takim urządzeniem był pierwszy laser rentgenowski LCLS, który zaczął działać w 2009 r.
Milion impulsów rentgenowskich na sekundę
Jego właśnie uruchomiona, zmodernizowana wersja, zwana LCLS-II, daje niezrównane możliwości, które zapoczątkują nową erę w badaniach z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego. O tym, jakie możliwości daje powstanie nowego lasera rentgenowskiego, najlepiej świadczy fakt, że jego poprzednik odegrał kluczową rolę w stworzeniu pierwszego "filmu molekularnego" do badania złożonych procesów chemicznych i obserwowania ich w czasie rzeczywistym.
Badano tak w ten sposób proces pochłaniania światła słonecznego i produkcji tlenu przez rośliny i algi. Promieniowanie rentgenowskie z tego lasera okazało się też pomocne w badaniach nad ewolucją planet i nad zjawiskami takimi jak diamentowe deszcze.
Teraz naukowcy będą mogli badać szczegóły materiałów kwantowych z bezprecedensową dotąd rozdzielczością, co może przynieść nowe rozwiązania w dziedzinie budowy informatyki i komunikacji. Chemicy będą mogli używać go do ujawniania nieprzewidywalnych i ulotnych zdarzeń chemicznych, co może doprowadzić do bardziej zrównoważonych gałęzi przemysłu i technologii związanych z zieloną energią. Biolodzy będą mieli jeszcze lepszą możliwość, żeby prowadzić badania nad tym, w jaki sposób cząsteczki biologiczne wykonują swoje funkcje życiowe.
Farmacja może wykorzystać najnowszy laser rentgenowski do prac nad nowymi rodzajami lekarstw. Oprócz tego niezwykła częstotliwość lasera sprawi, że naukowcy z wielu dziedzin będą mogli badać najróżniejsze zjawiska w jeszcze szybszych skalach czasowych, co może pozwolić na powstanie zupełnie nowych obszarów badań naukowych.
Więcej o najnowszych wynalazkach przeczytasz na Spider's Web:
Oryginalny LCLS przyspieszał elektrony przy użyciu miedzianej rury o temperaturze pokojowej i był zdolny do osiągnięcia częstotliwości 120 impulsów rentgenowskich na sekundę. Modernizacja, która trwała ponad dekadę i wielkim kosztem dobiegła właśnie końca, sprawia, że nowy LCLS-II jest aż 8 tys. razy szybszy, ponieważ może generować prawie milion błysków rentgenowskich na sekundę.
Jak działa LCLS-II?
Zwiększone możliwości LCLS-II wynikają z nadprzewodzącego akceleratora, jaki został zbudowany w celu emitowania promieniowania rentgenowskiego. Akcelerator składa się z 37 modułów, które mogą schłodzić hel do temperatury -271 st Celsjusza. To tylko o stopień powyżej zera absolutnego. W takich warunkach akcelerator podnosi elektrony do stanów o wysokiej energii przy jednoczesnych niemal zerowych stratach energii.
Oprócz nowego źródła elektronów, w LCLS-II zastosowano również dwa nowe przyrządy, które są określane jako undulatory, a które są w stanie generować promieniowanie rentgenowskie z wiązek elektronów. Te undulatory, nazwane "miękkim" i "twardym", wytwarzają promieniowanie rentgenowskie o odpowiednio niskiej i wysokiej energii. To pozwala naukowcom na przeprowadzanie eksperymentów z dużo większą precyzją i możliwością głębszej analizy niż do tej pory.
Dzięki jeszcze potężniejszej konfiguracji, LCLS-II jest gotowy do podjęcia wyzwań uważanych dotychczas za nieosiągalne. Naukowcy będą teraz mogli podjąć się jeszcze bardziej szczegółowych badań materiałów kwantowych, co może pomóc w budowie bardziej wydajnych komputerów kwantowych i ultraszybkiego przetwarzania danych.
LCLS-II umożliwi również naukowcom uchwycenie migawek z reakcji chemicznych w skali atomowej. To może przynieść nieocenione korzyści w branży szeroko rozumianej produkcji chemicznej, a także przy wytwarzaniu energii i redukcji gazów cieplarnianych.
Jak stwierdził dyrektor LCLS Mike Dunne w komunikacie prasowym:
Eksperymenty w każdym z tych obszarów rozpoczną się w nadchodzących tygodniach i miesiącach, przyciągając tysiące naukowców z całego kraju i świata. Obiekty DOE, takie jak LCLS, są udostępniane użytkownikom bez żadnych kosztów - wybieramy je na podstawie najważniejszych i najbardziej wpływowych badań naukowych. LCLS-II będzie motorem rewolucji w wielu sektorach akademickich i przemysłowych.
