英国が X 線自由電子レーザーの設計作業を開始

英国は、次世代 X 線自由電子レーザー (XFEL) 施設の設計作業を正式に開始しました。 150 人以上の研究者が 王立協会 の計画について話し合うために月曜日に 英国ベースの XFEL ゴーサインが与えられれば、今後数十年で建設される可能性があります。 研究者は、施設への関心を測り、それがどのような科学を生み出すかを議論するために、英国中で一連の会議を開催する予定です。

シンクロトロンは X 線を使用して調査中のサンプルの静止画像またはスナップショットを生成しますが、XFEL は強力でコヒーレントな X 線ビームのパルスを毎秒数万回生成するため、動的プロセスを研究できます (下のボックスを参照)。 各パルスの持続時間は 100 fs (10 fs) 未満です。^-13 s)、つまり、研究者は、たとえば、化学結合プロセスの「動画」を作成したり、振動エネルギーが材料全体を流れる方法を分析したりできます。

XFEL は新しいものではありません。 リニアック コヒーレント光源 (LCLS) は、米国の SLAC 国立加速器研究所にあります。 建設は 2005 年に始まり、XNUMX 年後に完成しました。 施設は現在、大規模なアップグレードを受けています – として知られています LCLSⅡ – これには、120 秒あたりの X 線パルス数を LCLS の XNUMX から LCLS II の XNUMX 万に増やすことが含まれます。

他の XFEL は、日本、ドイツ、韓国、スイスでもすぐに開設されました。これは、現在、世界中にそのようなユーザー施設が 2008 つあることを意味します。 XNUMX 年には、英国も専用の XFEL を主催することを検討し始めましたが、計画は勢いを増すことができませんでした。 代わりに、英国は加盟することを選択しました ヨーロッパのX線自由電子レーザー (European XFEL) ドイツのハンブルグ近くの DESY ラボで。

2017 年に初の光を達成したヨーロッパの XFEL は、電子を 2.1 GeV まで加速できる 17.5 km の超伝導線形加速器を備えています。 この施設は、毎秒 27 回の X 線パルスを生成し、各パルスの持続時間は 000 fs 未満です。 100 年には、施設で行われた実験に基づいて 2022 以上の記事が公開されました。

英国は当初、技術の開発、機器の設計、建設への貢献、およびユーザー コンソーシアムへの参加によって、ヨーロッパの XFEL に関与していました。 英国の ダイヤモンド光源 オックスフォードシャーでも XNUMX つの「XFEL ハブ」 – 物理学および生命科学 – 欧州 XFEL の英国ユーザーは、トレーニング、サンプル準備、およびデータ処理に関してサポートを受けています。

2018年には、 その後、英国は12番目の国になりました ヨーロッパの XFEL に参加し、26 億 2 万ユーロ (1.22 年と同等の価格) の施設の建設費に対して 2005 万ユーロ (または 2%) を寄付しました。 英国はまた、施設の年間運営費の 7% を負担し始めましたが、英国が同様の割合の実験に関与している現在、その数値は XNUMX% に上昇しています。

XFEL 施設の運用コストは、かなりの額になる可能性があります。 たとえば、ヨーロッパの XFEL の年間ランニング コストは 140 億 100 万ユーロです。これは、昨年この施設で実施された 1.4 件の実験を実施するのに約 2015 万ユーロの費用がかかったことを意味します。 しかし、ヨーロッパの XFEL は XNUMX 倍の申し込みが殺到しているため、より多くのマシンを収容できる容量がまだ残っており、XNUMX 年に英国は独自の XFEL のケースを再検討し始めました。

ブランドページを作成して、

XFEL の需要が高まっている結果、 科学技術施設審議会 (STFC) – 英国の XNUMX つの研究資金提供機関の XNUMX つ – 自由電子レーザー戦略レビューを実施、2016年に完了しました。レビューは、英国が2020年までに「XFELを構築するかどうかについて最終決定を下す立場」にあることを確認する必要があると結論付けました。

英国はその締め切りに間に合わなかったが、その年に英国の XFEL 科学事例を発表した。 世界中の 100 人以上の科学者がこの報告書の起草に協力し、英国に対し、0.1 keV から 150 keV のエネルギーと 100 アト秒から 1 fs のパルス持続時間を持つ X 線を生成できる装置を構築することを推奨しました。検討すべきレジーム。

2030 年代または 2040 年代の XFEL の外観は、現在の外観とは大きく異なる可能性があります

マイク・ダン

2022 年 3.2 月、英国の XFEL 提案は、 英国の研究とイノベーション – 英国の XNUMX つの研究評議会の統括組織 – 概念設計のレビューを実施する。 完了するまでに約 XNUMX 年かかると予想され、科学事例の更新も含まれます。 インペリアル・カレッジ・ロンドンの学長である物理学者のイアン・ウォームズリー氏によると、レビューはプロジェクトにとって「重要なステップ」です。

王立協会でのイベント中に、科学者たちは、新しい施設が何を調査する可能性があるかについて概説しました。 これには、量子材料、動的構造生物学、さらには物理学者および XFEL ユーザーとしてのものが含まれます。 エマ・マクブライド クイーンズ大学ベルファストの博士は、惑星内部の状態をよりよく理解するために説明しました。

デビッド・ダニングDaresbury Laboratory の Accelerator Science and Technology Center (ASTeC) の物理学者である は、8 GeV の超伝導線形加速器を操作する英国の XFEL は、潜在的なユーザーの調査から得られた「多くの科学的基盤をカバーするだろう」と述べています。 しかし、そのエネルギー要件は、概念設計のレビュー中にさらに詳細に調査される予定です。

コミュニティ・エンゲージメント

英国の研究グループの調査、英国 XFEL 科学ケースの一部として実施された、500 人以上の英国の科学者が過去 XNUMX 年間で XFEL 科学に積極的に関与していることを示しました。 だが ジョン・マランゴス 英国の XFEL の科学リーダーであるインペリアル カレッジ ロンドンから、XFEL 科学がユーザーの派閥にならないようにするために、科学コミュニティの関与を拡大することが今後数年間で重要になると述べています。

コンセプト デザイン レビューの一環として、 一連の「タウンホール」スタイルのイベントとワークショップが全国で開催されます. UKRI は、これらの会議がコミュニティを結びつけ、これらの機械が何ができるかについて科学者に説明できるようになることを望んでいます。 2024 年末まで、XNUMX か月ごとに XNUMX つのイベントが開催される予定です。

王立協会の会議で明らかになった重要なテーマは、英国のXFELが少なくとも部分的にグリーンベルト地域に建設されなければならないことを考えると、必要な規制プロセスについて英国ができるだけ早く考える必要があるということでした. ASTeCのジム・クラーク 持続可能性も設計の重要な部分になることを強調しました。 これには、たとえば、2 K を超える温度で効果的に動作できる高周波空洞に超伝導体を使用することが含まれます。

ロンドンのイベントの関係者は、英国の XFEL の主な要件は、現在他の場所では不可能な機能を備えている必要があることを認めたがっていました。 その見解はLCLSディレクターによってバックアップされています マイク・ダン 次世代の施設を設計する際にはイノベーションが鍵になると参加者に語った. 「2030 年代または 2040 年代の XFEL の外観は、現在の外観とは大きく異なる可能性があります」と彼は言います。

私たちは、これらの機械ができることの表面をなぞり始めたにすぎません

エマ・マクブライド

ただし、概念設計のレビュー作業を開始するという決定は、英国の XFEL が構築されることを意味するものではありません。 王立協会会議の講演者が明らかにしたように、機械は高価すぎるため、別の施設で開発をサポートし、関係を深めるのがより良い選択肢であると結論付ける可能性があります.

しかし、英国ベースのオプションが最善の策であると見なされ、利用可能な資金がある場合、次のステップは優先設計のエンジニアリング設計になります. ユーザーが英国の XFEL で実験を開始するには数十年待たなければならないかもしれませんが、マシンは科学に多くのことを提供できます。 「私たちは、これらの機械ができることの表面をなぞり始めたにすぎません」と McBride は述べています。

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• Platoblockchain。 Web3メタバースインテリジェンス。 知識の増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/uk-kicks-off-design-work-for-an-x-ray-free-electron-laser/