यूके ने एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर के लिए डिजाइन का काम शुरू कर दिया है

यूके ने आधिकारिक तौर पर अगली पीढ़ी के एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर (एक्सएफईएल) सुविधा के लिए डिजाइन का काम शुरू कर दिया है। 150 से अधिक शोधकर्ता मिले रॉयल सोसायटी की योजनाओं पर चर्चा करने के लिए सोमवार को यूके स्थित एक्सएफईएल कि, अगर आगे बढ़ने दिया जाता है, तो आने वाले दशकों में बनाया जा सकता है। शोधकर्ता अब एक सुविधा में रुचि का आकलन करने के लिए यूके भर में बैठकों की एक श्रृंखला आयोजित करेंगे और चर्चा करेंगे कि यह किस प्रकार का विज्ञान उत्पन्न कर सकता है।

जबकि सिंक्रोट्रॉन जांच के तहत एक नमूने की स्थिर छवियों, या स्नैपशॉट का उत्पादन करने के लिए एक्स-रे का उपयोग करते हैं, एक्सएफईएल गतिशील प्रक्रियाओं का अध्ययन कर सकते हैं क्योंकि वे प्रति सेकंड हजारों बार तीव्र, सुसंगत एक्स-रे बीम के दालों को उत्पन्न करते हैं (नीचे बॉक्स देखें)। प्रत्येक पल्स 100 fs से कम रहता है (10^{- 13} एस), जिसका अर्थ है कि शोधकर्ता, उदाहरण के लिए, रासायनिक बंधन प्रक्रियाओं की "फिल्में" बना सकते हैं या किसी सामग्री में कंपन ऊर्जा के प्रवाह के तरीके का विश्लेषण कर सकते हैं।

एक्सएफईएल कोई नई बात नहीं है, ऑनलाइन आने वाली यह पहली ऐसी सुविधा है Linac सुसंगत प्रकाश स्रोत (LCLS) अमेरिका में SLAC राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में। निर्माण 2005 में शुरू हुआ और चार साल बाद पूरा हुआ। सुविधा अब एक प्रमुख उन्नयन के दौर से गुजर रही है - जिसे एलसीएलएस द्वितीय - इसमें एलसीएलएस में प्रति सेकंड एक्स-रे दालों की संख्या को 120 से बढ़ाकर एलसीएलएस II में एक मिलियन करना शामिल होगा।

अन्य एक्सएफईएल जल्द ही जापान, जर्मनी, दक्षिण कोरिया और स्विट्जरलैंड में खोले गए, जिसका अर्थ है कि अब दुनिया भर में ऐसी पांच उपयोगकर्ता सुविधाएं हैं। 2008 में, यूके ने भी एक समर्पित एक्सएफईएल की मेजबानी पर विचार करना शुरू किया, लेकिन योजनाएं गति हासिल करने में विफल रहीं। इसके बजाय यूके ने इसमें शामिल होने का विकल्प चुना यूरोपीय एक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर (यूरोपीय XFEL) जर्मनी के हैम्बर्ग के पास DESY लैब में।

यूरोपीय एक्सएफईएल, जिसने 2017 में पहली बार प्रकाश प्राप्त किया, में 2.1 किमी सुपरकंडक्टिंग रैखिक त्वरक है जो इलेक्ट्रॉनों को 17.5 GeV तक बढ़ा सकता है। यह सुविधा प्रति सेकंड 27 बार एक्स-रे पल्स उत्पन्न करती है, प्रत्येक पल्स 000 एफएस से कम समय तक चलती है। 100 में, सुविधा में किए गए प्रयोगों के आधार पर 2022 से अधिक लेख प्रकाशित किए गए।

यूके शुरुआत में यूरोपीय एक्सएफईएल के साथ प्रौद्योगिकी विकसित करने, उपकरणों को डिजाइन करने, निर्माण में योगदान देने और उपयोगकर्ता संघ में शामिल होने से जुड़ा था। ब्रिटेन का हीरा प्रकाश स्रोत ऑक्सफोर्डशायर में भी दो की मेजबानी करता है "एक्सएफईएल हब- भौतिक और जीवन विज्ञान में - जहां यूरोपीय एक्सएफईएल के यूके उपयोगकर्ताओं को प्रशिक्षण, नमूना तैयार करने और डाटा प्रोसेसिंग के मामले में समर्थन दिया जाता है।

2018 में, इसके बाद ब्रिटेन 12वां देश बन गया यूरोपीय XFEL में शामिल होने के लिए, €26bn (2 समतुल्य मूल्य) सुविधा के निर्माण की लागत में कुछ €1.22m - या 2005% का योगदान देना। यूके ने भी सुविधा की वार्षिक परिचालन लागत का 2% भुगतान करना शुरू कर दिया है, हालांकि यूके के प्रयोगों के समान प्रतिशत में शामिल होने के साथ यह आंकड़ा अब 7% तक बढ़ गया है।

XFEL सुविधा की परिचालन लागत महत्वपूर्ण हो सकती है। उदाहरण के लिए, यूरोपीय एक्सएफईएल की वार्षिक परिचालन लागत €140m है, जिसका अर्थ है कि पिछले साल इस सुविधा में किए गए 100 प्रयोगों में से प्रत्येक की लागत लगभग €1.4m थी। लेकिन यूरोपीय एक्सएफईएल के पांच गुना ओवरसब्सक्राइब होने के साथ, अभी भी अधिक मशीनों की क्षमता है और 2015 में यूके ने अपने स्वयं के एक्सएफईएल के मामले की फिर से जांच शुरू की।

अपना खुद का बनाओ

एक्सएफईएल की बढ़ती मांग के परिणामस्वरूप, विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद (एसटीएफसी) - यूके में नौ शोध निधि एजेंसियों में से एक - एक मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर सामरिक समीक्षा आयोजित की, जिसे इसने 2016 में पूरा किया। समीक्षा ने निष्कर्ष निकाला कि यूके को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि वह 2020 तक "XFEL बनाने के बारे में अंतिम निर्णय लेने की स्थिति में है"।

यूके उस समय सीमा से चूक गया लेकिन उस वर्ष यूके एक्सएफईएल साइंस केस प्रकाशित किया। दुनिया भर के 100 से अधिक वैज्ञानिकों ने रिपोर्ट का मसौदा तैयार करने में मदद की, जिसने यूके को 0.1 केवी और 150 केवी के बीच ऊर्जा के साथ एक्स-रे बनाने में सक्षम मशीन बनाने और 100 एटोसेकंड से 1 एफएस की पल्स अवधि की अनुमति देने की सिफारिश की। व्यवस्थाओं का पता लगाया जाना है।

2030 या 2040 के दशक में XFEL कैसे दिखते हैं, यह आज की तरह दिखने से बहुत अलग हो सकते हैं

माइक डन

अक्टूबर 2022 में, यूके एक्सएफईएल प्रस्ताव को £3.2m से बढ़ाया गया था यूके रिसर्च एंड इनोवेशन - यूके की नौ अनुसंधान परिषदों के लिए प्रमुख संगठन - एक वैचारिक डिजाइन समीक्षा करने के लिए। इसे पूरा होने में लगभग तीन साल लगने की उम्मीद है और इसमें विज्ञान के मामले को अद्यतन करना भी शामिल होगा। इंपीरियल कॉलेज लंदन के प्रोवोस्ट, भौतिक विज्ञानी इयान वाल्मस्ले के अनुसार, समीक्षा परियोजना के लिए एक "महत्वपूर्ण कदम" है।

रॉयल सोसाइटी में कार्यक्रम के दौरान, वैज्ञानिकों ने बताया कि एक नई सुविधा क्या जांच कर सकती है। इसमें क्वांटम सामग्री, गतिशील संरचनात्मक जीव विज्ञान और यहां तक ​​कि भौतिक विज्ञानी और एक्सएफईएल उपयोगकर्ता भी शामिल हैं एम्मा मैकब्राइड क्वींस विश्वविद्यालय से बेलफास्ट ने समझाया, ग्रहों के अंदर की स्थितियों की बेहतर समझ प्राप्त करना।

डेविड डनिंगडेरेसबरी प्रयोगशाला में एक्सेलेरेटर विज्ञान और प्रौद्योगिकी केंद्र (एएसटीसी) के एक भौतिक विज्ञानी ने नोट किया कि 8 GeV सुपरकंडक्टिंग रैखिक त्वरक का संचालन करने वाला यूके एक्सएफईएल "बहुत सारे विज्ञान आधार को कवर करेगा" जो संभावित उपयोगकर्ताओं के सर्वेक्षण से निकला था। लेकिन अब वैचारिक डिजाइन समीक्षा के दौरान उस ऊर्जा आवश्यकता की अधिक विस्तार से जांच की जाएगी।

सामुदायिक व्यस्तता

यूके में अनुसंधान समूहों का एक सर्वेक्षणयूके एक्सएफईएल साइंस केस के हिस्से के रूप में आयोजित, ने संकेत दिया कि पिछले दशक में एक्सएफईएल विज्ञान में 500 से अधिक यूके वैज्ञानिकों की सक्रिय भागीदारी रही है। परंतु जॉन मारांगोस इंपीरियल कॉलेज लंदन से, जो यूके एक्सएफईएल के साइंस लीड हैं, का कहना है कि यह सुनिश्चित करने के लिए आने वाले वर्षों में वैज्ञानिक समुदाय की व्यस्तता को व्यापक बनाना महत्वपूर्ण होगा कि एक्सएफईएल विज्ञान उपयोगकर्ताओं के समूह में न बदल जाए।

वैचारिक डिजाइन समीक्षा के भाग के रूप में, "टाउन-हॉल" शैली के कार्यक्रमों और कार्यशालाओं की एक श्रृंखला अब पूरे देश में आयोजित की जाएगी. यूकेआरआई को उम्मीद है कि ये बैठकें समुदाय को एक साथ लाएंगी और वैज्ञानिकों को बताएंगी कि ये मशीनें क्या कर सकती हैं। 2024 के अंत तक हर तीन महीने में एक कार्यक्रम होने की उम्मीद है।

रॉयल सोसाइटी की बैठक में उभरने वाला एक प्रमुख विषय यह था कि यूके को आवश्यक नियामक प्रक्रिया के बारे में जल्द से जल्द सोचने की आवश्यकता है, क्योंकि यूके एक्सएफईएल को संभवतः, कम से कम आंशिक रूप से, ग्रीनबेल्ट क्षेत्र में बनाना होगा। ASTeC से जिम क्लार्क हाइलाइट किया गया कि स्थायित्व भी डिजाइन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा होगा। इसमें शामिल हो सकता है, उदाहरण के लिए, रेडियो-फ्रीक्वेंसी कैविटी के लिए सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करना जो 2 K से ऊपर के तापमान पर प्रभावी ढंग से काम कर सकता है।

लंदन कार्यक्रम में अधिकारी यह स्वीकार करने के इच्छुक थे कि यूके एक्सएफईएल के लिए मुख्य आवश्यकता यह है कि इसमें ऐसी क्षमताएं होनी चाहिए जो वर्तमान में कहीं और संभव नहीं हैं। उस दृष्टिकोण का एलसीएलएस निदेशक द्वारा समर्थन किया गया है माइक डन जिन्होंने प्रतिनिधियों से कहा कि अगली पीढ़ी की सुविधा को डिजाइन करते समय नवाचार महत्वपूर्ण होगा। वे कहते हैं, "2030 या 2040 के दशक में एक्सएफईएल कैसे दिखते थे, आज वे कैसे दिखते हैं, उससे बहुत अलग हो सकते हैं।"

हम केवल सतह को खरोंचना शुरू कर रहे हैं कि ये मशीनें क्या कर सकती हैं

एम्मा मैकब्राइड

हालाँकि, वैचारिक डिज़ाइन समीक्षा पर काम शुरू करने के निर्णय का मतलब यह नहीं है कि यूके एक्सएफईएल का निर्माण किया जाएगा। जैसा कि रॉयल सोसाइटी की बैठक में वक्ताओं ने स्पष्ट किया, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि मशीन बहुत महंगी है और किसी अन्य सुविधा में विकास का समर्थन करना और संबंधों को गहरा करना एक बेहतर विकल्प होगा।

लेकिन अगर यूके स्थित विकल्प को सबसे अच्छा दांव माना जाता है और वहां फंडिंग उपलब्ध है, तो अगला कदम इष्ट डिजाइन पर इंजीनियरिंग डिजाइन होगा। हालांकि यूके एक्सएफईएल पर प्रयोग शुरू करने के लिए उपयोगकर्ताओं को कई दशकों तक इंतजार करना पड़ सकता है, मशीन विज्ञान के लिए बहुत कुछ प्रदान कर सकती है। मैकब्राइड ने नोट किया, "हम केवल इन मशीनों की सतह को खरोंचने लगे हैं।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/uk-kicks-off-design-work-for-an-x-ray-free-electron-laser/