Inggris memulai pekerjaan desain untuk laser elektron bebas sinar-X

Inggris telah secara resmi meluncurkan dimulainya pekerjaan desain untuk fasilitas laser elektron bebas sinar-X (XFEL) generasi berikutnya. Lebih dari 150 peneliti bertemu di Royal Society pada hari Senin untuk membahas rencana untuk XFEL yang berbasis di Inggris yang, jika diberi lampu hijau, dapat dibangun dalam beberapa dekade mendatang. Para peneliti sekarang akan mengadakan serangkaian pertemuan di seluruh Inggris untuk mengukur minat terhadap suatu fasilitas dan mendiskusikan jenis sains apa yang mungkin dihasilkannya.

Sementara synchrotron menggunakan sinar-X untuk menghasilkan gambar statis, atau snapshot, dari sampel yang sedang diselidiki, XFEL dapat mempelajari proses dinamis karena menghasilkan pulsa sinar X-ray yang intens dan koheren puluhan ribu kali per detik (lihat kotak di bawah). Setiap pulsa berlangsung kurang dari 100 fs (10^-13 s), yang berarti peneliti dapat, misalnya, membuat “film” proses ikatan kimia atau menganalisis cara energi getaran mengalir melintasi suatu material.

XFEL bukanlah hal baru, dengan fasilitas pertama yang online adalah Sumber Cahaya Koheren Linac (LCLS) di SLAC National Accelerator Laboratory di AS. Konstruksi dimulai pada tahun 2005 dan selesai empat tahun kemudian. Fasilitas ini sekarang mengalami peningkatan besar – dikenal sebagai LCLS II – yang akan melibatkan peningkatan jumlah pulsa sinar-X per detik dari 120 di LCLS menjadi satu juta di LCLS II.

XFEL lainnya segera dibuka di Jepang, Jerman, Korea Selatan dan Swiss yang berarti kini terdapat lima fasilitas pengguna serupa di seluruh dunia. Pada tahun 2008, Inggris juga mulai mempertimbangkan untuk menjadi tuan rumah XFEL khusus tetapi rencana tersebut gagal mendapatkan daya tarik. Inggris malah memilih untuk bergabung dengan Laser Elektron Bebas Sinar-X Eropa (European XFEL) di lab DESY dekat Hamburg, Jerman.

XFEL Eropa, yang mencapai cahaya pertama pada tahun 2017, dilengkapi akselerator linier superkonduktor sepanjang 2.1 km yang dapat mempercepat elektron hingga 17.5 GeV. Fasilitas ini menghasilkan pulsa sinar-X 27 kali per detik, dengan masing-masing pulsa berlangsung kurang dari 000 fs. Pada tahun 100, lebih dari 2022 artikel diterbitkan berdasarkan eksperimen yang dilakukan di fasilitas tersebut.

Inggris pada awalnya terlibat dengan XFEL Eropa dengan mengembangkan teknologi, merancang instrumen, berkontribusi pada konstruksi, dan bergabung dengan konsorsium pengguna. Inggris Sumber cahaya berlian di Oxfordshire juga menjadi tuan rumah dua "hub XFEL” – dalam ilmu fisika dan kehidupan – di mana pengguna XFEL Eropa di Inggris Raya diberikan dukungan dalam hal pelatihan, persiapan sampel, dan pemrosesan data.

Dalam 2018, Inggris kemudian menjadi negara ke-12 untuk bergabung dengan XFEL Eropa, memberikan kontribusi sebesar €26 juta – atau 2% – untuk biaya pembangunan fasilitas €1.22 miliar (harga setara tahun 2005). Inggris juga mulai membayar 2% dari biaya operasional tahunan fasilitas tersebut, meskipun angka tersebut kini meningkat menjadi 7% karena Inggris juga terlibat dalam persentase eksperimen yang serupa.

Biaya operasional fasilitas XFEL dapat menjadi signifikan. XFEL Eropa, misalnya, memiliki biaya operasional tahunan sebesar €140 juta, yang berarti bahwa 100 percobaan yang dilakukan di fasilitas tersebut tahun lalu masing-masing menelan biaya sekitar €1.4 juta. Tetapi dengan XFEL Eropa yang kelebihan permintaan lima kali, masih ada kapasitas untuk lebih banyak mesin dan pada tahun 2015 Inggris mulai memeriksa kembali kasus untuk XFEL-nya sendiri.

Membangun sendiri

Sebagai hasil dari meningkatnya permintaan untuk XFELs, Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi (STFC) – salah satu dari sembilan lembaga pendanaan penelitian di Inggris – melakukan tinjauan strategis laser elektron bebas, yang selesai pada tahun 2016. Tinjauan tersebut menyimpulkan bahwa Inggris Raya harus memastikan bahwa mereka berada dalam "posisi untuk mengambil keputusan akhir apakah akan membangun XFEL" pada tahun 2020.

Inggris melewatkan tenggat waktu itu tetapi menerbitkan kasus sains XFEL Inggris tahun itu. Lebih dari 100 ilmuwan dari seluruh dunia membantu menyusun laporan tersebut, yang merekomendasikan Inggris membangun mesin yang mampu menghasilkan sinar-X dengan energi antara 0.1 keV dan 150 keV dan durasi pulsa 100 attodetik hingga 1 fs, memungkinkan untuk penemuan baru. rezim yang akan dieksplorasi.

Tampilan XFEL di tahun 2030-an atau 2040-an mungkin sangat berbeda dengan tampilannya saat ini

Mike Dunn

Pada bulan Oktober 2022, proposal XFEL Inggris ditingkatkan sebesar £3.2 juta dari Riset dan Inovasi Inggris – organisasi payung bagi sembilan dewan penelitian di Inggris – untuk melaksanakan tinjauan desain konseptual. Diperkirakan akan memakan waktu sekitar tiga tahun untuk menyelesaikannya dan juga akan melibatkan pemutakhiran kasus ilmiah. Menurut fisikawan Ian Walmsley, rektor Imperial College London, peninjauan tersebut merupakan “langkah penting” untuk proyek tersebut.

Selama acara di Royal Society, para ilmuwan menguraikan apa yang mungkin diselidiki oleh fasilitas baru. Ini termasuk material kuantum, biologi struktur dinamis dan bahkan, sebagai fisikawan dan pengguna XFEL Emma McBride dari Queen's University Belfast menjelaskan, semakin memahami kondisi di dalam planet.

David Dunning, fisikawan dari Accelerator Science and Technology Center (ASTeC) di Laboratorium Daresbury, mencatat bahwa XFEL Inggris yang mengoperasikan akselerator linier superkonduktor 8 GeV “akan mencakup banyak basis sains” yang dihasilkan dari survei calon pengguna. Namun kebutuhan energi tersebut kini akan diselidiki secara lebih rinci selama tinjauan desain konseptual.

Pertunangan Komunitas

Sebuah survei kelompok penelitian di Inggris, dilakukan sebagai bagian dari kasus sains XFEL Inggris, menunjukkan bahwa lebih dari 500 ilmuwan Inggris telah terlibat aktif dalam sains XFEL dalam dekade terakhir. Tetapi Jon Marangos dari Imperial College London, yang memimpin sains XFEL Inggris, mengatakan akan sangat penting di tahun-tahun mendatang untuk memperluas keterlibatan komunitas ilmiah untuk memastikan bahwa sains XFEL tidak berubah menjadi klik pengguna.

Sebagai bagian dari tinjauan desain konseptual, serangkaian acara dan lokakarya bergaya "balai kota" sekarang akan diadakan di seluruh negeri. UKRI berharap pertemuan ini dapat menyatukan masyarakat dan memberikan penjelasan kepada para ilmuwan tentang kemampuan mesin ini. Satu acara diperkirakan akan berlangsung setiap tiga bulan hingga akhir tahun 2024.

Tema utama yang muncul pada pertemuan Royal Society adalah perlunya Inggris memikirkan sedini mungkin mengenai proses regulasi yang diperlukan mengingat XFEL Inggris mungkin harus dibangun, setidaknya sebagian, di kawasan jalur hijau. Jim Clarke dari ASTeC menyoroti bahwa keberlanjutan juga akan menjadi bagian penting dari desain. Ini dapat mencakup, misalnya, menggunakan superkonduktor untuk rongga frekuensi radio yang dapat beroperasi secara efektif pada suhu di atas 2 K.

Para pejabat di acara London sangat antusias untuk mengakui bahwa persyaratan utama untuk XFEL Inggris adalah bahwa ia harus memiliki kemampuan yang saat ini tidak mungkin dilakukan di tempat lain. Pandangan itu didukung oleh direktur LCLS Mike Dunn yang mengatakan kepada para delegasi bahwa inovasi akan menjadi kunci ketika merancang fasilitas generasi mendatang. “Tampilan XFEL pada tahun 2030an atau 2040an mungkin sangat berbeda dengan tampilannya saat ini,” katanya.

Kami baru mulai menggores permukaan dari apa yang dapat dilakukan mesin ini

Emma McBride

Keputusan untuk mulai mengerjakan tinjauan desain konseptual tidak berarti bahwa XFEL Inggris akan dibangun. Seperti yang dijelaskan oleh para pembicara pada pertemuan Royal Society, mereka mungkin menyimpulkan bahwa mesin tersebut terlalu mahal dan pilihan yang lebih baik adalah mendukung pengembangan dan memperdalam hubungan dengan fasilitas lain.

Tetapi jika opsi yang berbasis di Inggris dianggap sebagai taruhan terbaik dan ada dana yang tersedia, langkah selanjutnya adalah desain teknik pada desain yang disukai. Meskipun pengguna mungkin harus menunggu beberapa dekade untuk memulai eksperimen pada XFEL Inggris, mesin tersebut dapat menawarkan banyak hal untuk sains. “Kami baru mulai menggores permukaan dari apa yang dapat dilakukan mesin ini,” catat McBride.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/uk-kicks-off-design-work-for-an-x-ray-free-electron-laser/