آزمایش موفقیت آمیز قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان

آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت انرژی آمریکا (DOE) اولین پرتوهای ایکس را با استفاده از لیزر اشعه ایکس الکترون آزاد  (XFEL) که با منبع نور منسجم لیناک (LCLS) ارتقا یافته است، پرتاب کرد.

به گزارش تکناک، نسخه ارتقا یافته با نام LCLS-II با قیمت 1.1 میلیارد دلار ساخته شده است.

آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC در استنفورد بیش از شش دهه است که ابزارهای قدرتمندی برای پیشرفت علم ساخته و اجرا می کند. LCLS اصلی اولین XFEL جهان بود که در آوریل 2009 به اولین نور خود رسید.

حتی زمانی که اشعه ایکس به یک کاربرد معمول در مراقبت های بهداشتی تبدیل شده است، دانشمندان همچنان از نسخه های بسیار قوی تر برای کاوش در مواد و مواد بیولوژیکی برای درک بهتر آنها استفاده می کنند. LCLS اولیه الکترون ها را از طریق یک لوله مسی در دمای اتاق شتاب می داد و آن را به 120 پالس اشعه ایکس در ثانیه محدود می کرد.

این ارتقا که بیش از یک دهه به طول انجامید، LCLS-II را 8000 برابر سریع‌تر می‌کند، زیرا می‌تواند نزدیک به یک میلیون فلاش اشعه ایکس در هر ثانیه ایجاد کند، که از هر چیزی که قبلاً دیده‌ایم قدرتمندتر است.

LCLS-II چگونه کار می کند؟

قابلیت‌های پیشرفته LCLS-II به لطف شتاب‌دهنده ابررسانایی است که برای پرتاب پرتوهای ایکس ساخته شده است. این شتاب دهنده از 37 ماژول تشکیل شده است که می تواند هلیوم را تا -456 درجه فارنهایت (271- درجه سانتیگراد) خنک کند که فقط یک درجه بالاتر از صفر مطلق است. در این دماها، شتاب دهنده الکترون ها را به حالت های انرژی بالا با تلفات انرژی تقریباً صفر افزایش می دهد.

تیم SLAC شتاب‌دهنده لوله مسی اصلی را حفظ کرده است، که امکان جمع‌آوری داده‌ها در محدوده انرژی گسترده و جمع‌آوری داده‌های بیشتر در زمان کمتر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، دامنه آزمایش‌هایی را که می‌توان در این تاسیسات انجام داد، گسترش میدهد.

علاوه بر منبع الکترونی جدید، LCLS-II همچنین شاهد اضافه شدن دو نوسان دهنده جدید است که می‌توانند پرتوهای ایکس را از پرتوهای الکترونی تولید کنند. این موج‌ها که نرم و سخت نامیده می‌شوند، اشعه ایکس با انرژی کم و پرانرژی تولید می‌کنند و به محققان این امکان را می‌دهند تا آزمایش‌های خود را با دقت بسیار بالاتر و امکان کاوش عمیق‌تر انجام دهند.

LCLS در ساختن اولین فیلم مولکولی برای مطالعه فرآیندهای شیمیایی پیچیده و تماشای اینکه چگونه گیاهان و جلبک ها نور خورشید را جذب می کنند تا بی وقفه به ما اکسیژن بدهند، نقش داشته است. پرتوهای ایکس از این ابزار همچنین برای مطالعه چگونگی تکامل سیارات و نحوه تشکیل باران های الماس استفاده میشود.

اکنون، با دستگاه قدرتمندتر، LCLS-II آماده است تا با چالش هایی که دور از دسترس در نظر گرفته می شوند، مقابله کند. در بیانیه مطبوعاتی آمده است که محققان اکنون می توانند مواد کوانتومی را با جزئیات بیشتری مطالعه کنند و راه را برای ساخت دستگاه های کوانتومی کارآمدتر، کامپیوتر ها و پردازش فوق سریع داده ها هموار کنند.

LCLS-II همچنین محققان را قادر می‌سازد تا عکس‌های فوری از واکنش‌های شیمیایی را در مقیاس اتمی ثبت کنند که به طراحی فرآیندهای کارآمدتر در صنایعی مانند تولید مواد شیمیایی، تولید انرژی و کاهش گازهای گلخانه‌ای کمک می کند.

مایک دان، مدیر LCLS در بیانیه مطبوعاتی گفت: آزمایش‌ها در هر یک از این حوزه‌ها قرار است در هفته‌ها و ماه‌های آینده آغاز شود و هزاران محقق را از سراسر کشور و سراسر جهان جذب کند. امکانات کاربر DOE مانند LCLS بدون هیچ هزینه ای برای کاربران ارائه می شود و ما بر اساس مهمترین و تاثیرگذارترین علوم، آزمایشات را انتخاب می کنیم. LCLS-II انقلابی را در بسیاری از بخش‌های دانشگاهی و صنعتی ایجاد خواهد کرد.