انگلستان کار طراحی لیزر الکترون آزاد اشعه ایکس را آغاز کرد

بریتانیا رسماً شروع کار طراحی نسل بعدی تأسیسات لیزر الکترون آزاد اشعه ایکس (XFEL) را آغاز کرد. بیش از 150 محقق در این مرکز ملاقات کردند انجمن سلطنتی روز دوشنبه برای بحث در مورد برنامه ها برای XFEL مستقر در انگلستان که اگر مجوز داده شود، می تواند در دهه های آینده ساخته شود. اکنون محققان مجموعه‌ای از جلسات را در سراسر بریتانیا برگزار خواهند کرد تا میزان علاقه به یک مرکز را بسنجند و درباره نوع علمی که ممکن است تولید کند، بحث کنند.

در حالی که سنکروترون ها از اشعه ایکس برای تولید تصاویر ایستا یا عکس های فوری از یک نمونه تحت بررسی استفاده می کنند، XFEL ها می توانند فرآیندهای دینامیکی را مطالعه کنند زیرا آنها پالس هایی از پرتوهای پرتو ایکس شدید و منسجم را ده ها هزار بار در ثانیه تولید می کنند (به کادر زیر مراجعه کنید). هر پالس کمتر از 100 fs طول می کشد (10^-13 s)، به این معنی که محققان می‌توانند، برای مثال، «فیلم‌هایی» از فرآیندهای پیوند شیمیایی بسازند یا نحوه جریان انرژی ارتعاشی در یک ماده را تجزیه و تحلیل کنند.

XFELها جدید نیستند و اولین چنین امکاناتی که به صورت آنلاین عرضه می شود همین است منبع نور منسجم Linac (LCLS) در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC در ایالات متحده. ساخت و ساز در سال 2005 آغاز شد و چهار سال بعد به پایان رسید. این مرکز اکنون در حال ارتقاء اساسی است - معروف به LCLS II - این شامل افزایش تعداد پالس های اشعه ایکس در ثانیه از 120 در LCLS به یک میلیون در LCLS II است.

XFEL های دیگر به زودی در ژاپن، آلمان، کره جنوبی و سوئیس افتتاح شدند به این معنی که اکنون پنج مورد از این امکانات کاربری در سراسر جهان وجود دارد. در سال 2008، بریتانیا نیز شروع به بررسی میزبانی XFEL اختصاصی کرد، اما این برنامه‌ها با شکست مواجه شدند. در عوض بریتانیا پیوستن به آن را انتخاب کرد لیزر الکترون رایگان اشعه ایکس اروپا (European XFEL) در آزمایشگاه DESY در نزدیکی هامبورگ، آلمان.

XFEL اروپا، که اولین نور را در سال 2017 به دست آورد، دارای یک شتاب دهنده خطی ابررسانا 2.1 کیلومتری است که می تواند الکترون ها را تا 17.5 گیگا ولت شتاب دهد. این مرکز 27 بار در ثانیه پالس های اشعه ایکس تولید می کند که هر پالس کمتر از 000 fs طول می کشد. در سال 100، بیش از 2022 مقاله بر اساس آزمایش های انجام شده در این مرکز منتشر شد.

بریتانیا در ابتدا با توسعه فناوری، طراحی ابزار، مشارکت در ساخت و ساز و پیوستن به کنسرسیوم های کاربر، با XFEL اروپایی درگیر بود. انگلستان منبع نور الماس در آکسفوردشایر نیز میزبان دوهاب XFEL” – در علوم فیزیکی و زیستی – جایی که کاربران بریتانیایی XFEL اروپایی از نظر آموزش، آماده‌سازی نمونه و پردازش داده‌ها پشتیبانی می‌شوند.

در 2018، سپس بریتانیا دوازدهمین کشور شد برای ملحق شدن به XFEL اروپا، حدود 26 میلیون یورو - یا 2٪ - در هزینه ساخت 1.22 میلیارد یورو (قیمت معادل 2005) تسهیلات کمک می کند. بریتانیا همچنین شروع به پرداخت 2٪ از هزینه های عملیاتی سالانه تاسیسات کرد، اگرچه این رقم در حال حاضر به 7٪ افزایش یافته است و بریتانیا در درصد مشابهی از آزمایش ها مشارکت دارد.

هزینه های عملیاتی یک تاسیسات XFEL می تواند قابل توجه باشد. به عنوان مثال، XFEL اروپایی، هزینه جاری سالانه 140 میلیون یورو دارد، به این معنی که 100 آزمایش انجام شده در این مرکز در سال گذشته، هر یک حدود 1.4 میلیون یورو هزینه داشته است. اما با 2015 برابر شدن بیش از حد اشتراک XFEL اروپایی، هنوز ظرفیت ماشین‌های بیشتری وجود دارد و در سال XNUMX بریتانیا شروع به بررسی مجدد پرونده برای XFEL خود کرد.

ساختن خود را

در نتیجه تقاضای فزاینده برای XFEL ها، شورای تأسیسات علم و فناوری (STFC) - یکی از XNUMX آژانس تامین مالی تحقیقات در بریتانیا - یک بررسی استراتژیک لیزر الکترون آزاد انجام دادکه در سال 2016 تکمیل شد. این بررسی به این نتیجه رسید که بریتانیا باید اطمینان حاصل کند که تا سال 2020 "در موقعیتی است که تصمیم نهایی در مورد ساخت XFEL" را اتخاذ کند.

بریتانیا آن مهلت را از دست داد، اما در آن سال یک مورد علمی UK XFEL را منتشر کرد. بیش از 100 دانشمند از سراسر جهان به تهیه پیش نویس این گزارش کمک کردند که به بریتانیا توصیه می کرد ماشینی بسازد که قادر به تولید پرتوهای ایکس با انرژی بین 0.1 تا 150 کو و مدت زمان پالس 100 آتوثانیه تا 1 fs باشد که امکان تولید پرتوهای جدید را فراهم می کند. رژیم هایی که باید بررسی شوند

ظاهر XFEL ها در دهه 2030 یا 2040 ممکن است با آنچه امروز به نظر می رسد بسیار متفاوت باشد.

مایک دان

در اکتبر 2022، پیشنهاد XFEL انگلستان 3.2 میلیون پوند افزایش یافت تحقیق و نوآوری در انگلستان - سازمان چتر برای نه شورای تحقیقاتی بریتانیا - برای انجام یک بررسی طراحی مفهومی. انتظار می رود تکمیل آن حدود سه سال طول بکشد و همچنین شامل به روز رسانی پرونده علمی خواهد بود. به گفته فیزیکدان ایان والمزلی، استاد امپریال کالج لندن، این بررسی یک "گام مهم" برای پروژه است.

در طول این رویداد در انجمن سلطنتی، دانشمندان آنچه را که یک مرکز جدید ممکن است مورد بررسی قرار دهد، تشریح کردند. این شامل مواد کوانتومی، زیست شناسی ساختاری پویا و حتی به عنوان فیزیکدان و کاربر XFEL است اما مک براید از دانشگاه کوئینز بلفاست توضیح داد تا درک بهتری از شرایط درون سیارات داشته باشید.

دیوید دانینگفیزیکدانی از مرکز علم و فناوری شتاب دهنده (ASTeC) در آزمایشگاه دارزبری، خاطرنشان می کند که یک دستگاه XFEL بریتانیا که یک شتاب دهنده خطی ابررسانا 8 گیگا الکترونی ولت کار می کند «بسیاری از پایه علمی» را که از نظرسنجی کاربران بالقوه به دست آمده است، پوشش می دهد. اما این نیاز انرژی اکنون در طول بررسی طراحی مفهومی با جزئیات بیشتری مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تعامل جامعه

نظرسنجی از گروه های تحقیقاتی در بریتانیا، که به عنوان بخشی از پرونده علمی UK XFEL انجام شد، نشان داد که بیش از 500 دانشمند بریتانیایی در دهه گذشته در علم XFEL مشارکت فعال داشته اند. ولی جان مارانگوس از امپریال کالج لندن، که رهبری علمی UK XFEL را بر عهده دارد، می‌گوید که در سال‌های آینده گسترش تعامل جامعه علمی برای اطمینان از اینکه علم XFEL به دسته‌ای از کاربران تبدیل نمی‌شود، حیاتی خواهد بود.

به عنوان بخشی از بررسی طراحی مفهومی، مجموعه ای از رویدادها و کارگاه های آموزشی به سبک «تاون هال» اکنون در سراسر کشور برگزار می شود. UKRI امیدوار است این جلسات جامعه را گرد هم بیاورد و به دانشمندان در مورد آنچه این ماشین ها می توانند انجام دهند توضیح دهد. پیش بینی می شود تا پایان سال 2024 هر سه ماه یک بار یک رویداد برگزار شود.

موضوع کلیدی که در نشست انجمن سلطنتی مطرح شد، نیاز بریتانیا به فکر کردن هرچه زودتر در مورد فرآیند نظارتی لازم بود، با توجه به اینکه احتمالاً یک XFEL انگلستان حداقل تا حدی باید در یک منطقه کمربند سبز ساخته شود. جیم کلارک از ASTeC تاکید کرد که پایداری نیز بخش کلیدی طراحی خواهد بود. به عنوان مثال، این می تواند شامل استفاده از ابررساناها برای حفره های فرکانس رادیویی باشد که می توانند به طور موثر در دماهای بالاتر از 2 کلوین کار کنند.

مقامات در رویداد لندن مشتاق بودند اذعان کنند که شرط اصلی XFEL بریتانیا این است که دارای قابلیت هایی باشد که در حال حاضر در جای دیگر امکان پذیر نیست. این دیدگاه توسط مدیر LCLS پشتیبانی می شود مایک دان او به نمایندگان گفت که نوآوری در طراحی تاسیسات نسل بعدی کلید خواهد بود. او می‌گوید: «نحوه ظاهر XFEL در دهه‌های 2030 یا 2040 ممکن است با آنچه امروز به نظر می‌رسند بسیار متفاوت باشد.

ما تازه شروع به خراش دادن سطح کاری می کنیم که این ماشین ها می توانند انجام دهند

اما مک براید

تصمیم برای شروع کار بر روی یک بازنگری طراحی مفهومی به این معنی نیست که یک XFEL بریتانیا ساخته خواهد شد. همانطور که سخنرانان در نشست انجمن سلطنتی به وضوح بیان کردند، ممکن است به این نتیجه برسد که این دستگاه بسیار گران است و گزینه بهتر پشتیبانی از پیشرفت‌ها و تعمیق روابط در تأسیسات دیگر است.

اما اگر یک گزینه مستقر در بریتانیا بهترین گزینه در نظر گرفته شود و بودجه در دسترس باشد، گام بعدی طراحی مهندسی بر روی طرح مورد علاقه خواهد بود. اگرچه کاربران ممکن است مجبور باشند چندین دهه برای شروع آزمایشات بر روی XFEL بریتانیا صبر کنند، این دستگاه می تواند چیزهای زیادی را به علم ارائه دهد. مک براید خاطرنشان می کند: «ما تازه شروع به خراش دادن سطح کاری می کنیم که این ماشین ها می توانند انجام دهند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/uk-kicks-off-design-work-for-an-x-ray-free-electron-laser/