İngiltere, bir X-ışını serbest elektron lazeri için tasarım çalışmalarına başladı

Birleşik Krallık, yeni nesil bir X-ışını serbest elektron lazeri (XFEL) tesisi için tasarım çalışmalarının başlangıcını resmi olarak başlattı. 150'den fazla araştırmacı bir araya geldi Royal Society planlarını görüşmek üzere Pazartesi günü İngiltere merkezli XFEL onay verilirse, önümüzdeki on yıllarda inşa edilebilecek. Araştırmacılar şimdi bir tesise olan ilgiyi ölçmek ve ne tür bir bilim üretebileceğini tartışmak için İngiltere genelinde bir dizi toplantı yapacaklar.

Sinkrotronlar, incelenmekte olan bir numunenin statik görüntülerini veya anlık görüntülerini üretmek için X-ışınlarını kullanırken, XFEL'ler saniyede on binlerce kez yoğun, tutarlı X-ışını ışınları darbeleri ürettikleri için dinamik süreçleri inceleyebilirler (aşağıdaki kutuya bakın). Her darbe 100 fs'den (10^-13 Bu, araştırmacıların örneğin kimyasal bağlanma süreçlerinin "filmlerini" oluşturabilecekleri veya titreşim enerjisinin bir malzeme boyunca akma şeklini analiz edebilecekleri anlamına gelir.

XFEL'ler yeni değil, çevrimiçi olan bu türden ilk tesis XFEL'ler. Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) ABD'deki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarında. İnşaat 2005 yılında başladı ve dört yıl sonra tamamlandı. Tesis şu anda büyük bir yükseltmeden geçiyor - olarak bilinen LCLSII – bu, LCLS'de 120 olan saniyedeki X-ışını darbelerinin sayısını LCLS II'de bir milyona çıkarmayı içerecektir.

Diğer XFEL'ler kısa süre sonra Japonya, Almanya, Güney Kore ve İsviçre'de açıldı; bu da şu anda dünya çapında bu tür beş kullanıcı tesisinin bulunduğu anlamına geliyor. 2008 yılında Birleşik Krallık da özel bir XFEL'e ev sahipliği yapmayı düşünmeye başladı ancak planlar ilgi çekmedi. İngiltere bunun yerine katılmayı seçti Avrupa X-ışını Serbest Elektron Lazeri (European XFEL) Hamburg, Almanya yakınlarındaki DESY laboratuvarında.

2017 yılında ilk ışığa ulaşan Avrupa XFEL, elektronları 2.1 GeV'ye kadar hızlandırabilen 17.5 km'lik süper iletken doğrusal hızlandırıcıya sahiptir. Tesis, her biri 27 fs'den daha kısa süren, saniyede 000 kez X-ışını darbeleri üretiyor. Tesiste gerçekleştirilen deneylere dayanarak 100 yılında 2022'den fazla makale yayınlandı.

Birleşik Krallık başlangıçta teknoloji geliştirerek, aletler tasarlayarak, inşaata katkıda bulunarak ve kullanıcı konsorsiyumlarına katılarak Avrupa XFEL'e dahil oldu. İngiltere'nin Elmas ışık kaynağı Oxfordshire'da ayrıca iki "XFEL hub'ları” – Avrupa XFEL'in Birleşik Krallık kullanıcılarına eğitim, numune hazırlama ve veri işleme açısından destek verildiği fizik ve yaşam bilimlerinde.

2018 olarak, İngiltere daha sonra 12. ülke oldu Avrupa XFEL'e katılarak, 26 milyar Euro'luk (2 eşdeğer fiyatları) tesisin inşaat maliyetine yaklaşık 1.22 milyon Euro - veya %2005 - katkıda bulunacak. Birleşik Krallık ayrıca tesisin yıllık işletme maliyetlerinin yüzde 2'sini ödemeye başladı, ancak bu rakam, İngiltere'nin benzer yüzdede deneylere dahil olmasıyla artık yüzde 7'ye yükseldi.

Bir XFEL tesisinin işletme maliyetleri önemli olabilir. Örneğin, Avrupa XFEL'in yıllık işletme maliyeti 140 milyon Euro'dur, yani geçen yıl tesiste gerçekleştirilen 100 deneyin her birinin maliyeti yaklaşık 1.4 milyon Euro'dur. Ancak Avrupa XFEL'ine beş kat fazla talep olmasıyla, daha fazla makine için hâlâ kapasite var ve 2015'te Birleşik Krallık kendi XFEL'i için durumu yeniden incelemeye başladı.

Kendi oluşturun

XFEL'lere yönelik artan talebin bir sonucu olarak, Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC) – Birleşik Krallık'taki dokuz araştırma fonu kuruluşundan biri – serbest elektron lazer stratejik incelemesi gerçekleştirdi2016'da tamamlandı. İnceleme, Birleşik Krallık'ın 2020 yılına kadar "bir XFEL inşa edip etmeme konusunda nihai kararı verecek konumda" olmasını sağlaması gerektiği sonucuna vardı.

Birleşik Krallık bu son tarihi kaçırdı ancak o yıl bir Birleşik Krallık XFEL bilim vakası yayınladı. Dünyanın dört bir yanından 100'den fazla bilim insanı, İngiltere'ye 0.1 keV ile 150 keV arasında bir enerjiye ve 100 attosaniye ila 1 fs darbe süresine sahip X-ışınları üretebilen bir makine yapmasını tavsiye eden raporun taslağının hazırlanmasına yardımcı oldu. Keşfedilecek rejimler.

XFEL'lerin 2030'larda veya 2040'larda nasıl göründükleri, bugün göründüklerinden çok farklı olabilir

Mike Dunne

Ekim 2022'de Birleşik Krallık XFEL teklifi 3.2 milyon £ artırıldı. İngiltere'de Araştırma ve Yenilik – Birleşik Krallık'taki dokuz araştırma konseyinin şemsiye organizasyonu – kavramsal tasarım incelemesi yürütmek. Tamamlanmasının yaklaşık üç yıl sürmesi bekleniyor ve aynı zamanda bilimsel vakanın güncellenmesini de içerecek. Imperial College London'ın müdürü fizikçi Ian Walmsley'e göre inceleme, proje için "önemli bir adım".

Royal Society'deki etkinlik sırasında bilim insanları yeni bir tesisin neler araştırabileceğini özetledi. Buna kuantum malzemeleri, dinamik yapısal biyoloji ve hatta fizikçi ve XFEL kullanıcısı olarak dahildir. Emma McBride Queen's University Belfast'tan, gezegenlerin içindeki koşulları daha iyi anlayarak açıkladı.

David DunningDaresbury Laboratuvarı Hızlandırıcı Bilim ve Teknoloji Merkezi'nden (ASTeC) fizikçi, 8 GeV süper iletken doğrusal hızlandırıcıyı çalıştıran Birleşik Krallık'taki bir XFEL'in, potansiyel kullanıcılarla yapılan anketten çıkan "bilim tabanının çoğunu kapsayacağını" belirtiyor. Ancak bu enerji gereksinimi artık kavramsal tasarım incelemesi sırasında daha ayrıntılı olarak incelenecek.

Toplum katılımı

Birleşik Krallık'taki araştırma gruplarının bir anketiBirleşik Krallık XFEL bilim vakasının bir parçası olarak yürütülen 500'den fazla Birleşik Krallık bilim adamının son on yılda XFEL bilimine aktif olarak dahil olduğunu belirtti. Fakat Jon Marangos Birleşik Krallık XFEL'in bilim lideri olan Imperial College London'dan, XFEL biliminin bir kullanıcı grubuna dönüşmemesini sağlamak için bilim camiasının katılımını genişletmenin önümüzdeki yıllarda çok önemli olacağını söylüyor.

Kavramsal tasarım incelemesinin bir parçası olarak, artık ülke çapında bir dizi "belediye binası" tarzı etkinlik ve atölye çalışması yapılacak. UKRI, bu toplantıların toplumu bir araya getireceğini ve bilim insanlarına bu makinelerin neler yapabileceğini anlatacağını umuyor. 2024 yılı sonuna kadar her üç ayda bir bir etkinliğin gerçekleşmesi bekleniyor.

Royal Society toplantısında ortaya çıkan ana temalardan biri, Birleşik Krallık'ta bir XFEL'in muhtemelen en azından kısmen yeşil kuşak bölgesinde inşa edilmesi gerekeceği göz önüne alındığında, Birleşik Krallık'ın gerekli düzenleme süreci hakkında mümkün olduğu kadar erken düşünmesi gerektiğiydi. ASTeC'den Jim Clarke sürdürülebilirliğin de tasarımın önemli bir parçası olacağını vurguladı. Bu, örneğin, 2 K'nin üzerindeki sıcaklıklarda etkili bir şekilde çalışabilen radyo frekansı boşlukları için süper iletkenlerin kullanılmasını içerebilir.

Londra etkinliğindeki yetkililer, Birleşik Krallık'taki bir XFEL'in temel şartının, şu anda başka yerde mümkün olmayan yeteneklere sahip olması olduğunu kabul etmeye istekliydi. Bu görüş LCLS direktörü tarafından desteklenmektedir Mike Dunne delegelere yeni nesil bir tesis tasarlarken inovasyonun anahtar rol oynayacağını söyledi. "XFEL'lerin 2030'lu veya 2040'lı yıllardaki görünümü, bugünkü görünümlerinden çok farklı olabilir" diyor.

Bu makinelerin yapabileceklerinin sadece yüzeyini çizmeye başlıyoruz

Emma McBride

Ancak kavramsal tasarım incelemesi üzerinde çalışmaya başlama kararı, Birleşik Krallık'ta bir XFEL üretileceği anlamına gelmiyor. Royal Society toplantısındaki konuşmacıların açıkça belirttiği gibi, makinenin çok pahalı olduğu ve gelişmeleri desteklemek ve başka bir tesisteki bağları derinleştirmek için daha iyi bir seçenek olabileceği sonucuna varılabilir.

Ancak İngiltere merkezli bir seçenek en iyi seçenek olarak kabul edilirse ve uygun finansman varsa, bir sonraki adım, tercih edilen tasarım üzerinde bir mühendislik tasarımı olacaktır. Kullanıcıların bir BK XFEL üzerinde deneylere başlamak için onlarca yıl beklemesi gerekse de, makine bilime çok şey sunabilir. McBride, "Bu makinelerin yapabileceklerinin yalnızca yüzeyini çizmeye başlıyoruz" diyor.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/uk-kicks-off-design-work-for-an-x-ray-free-electron-laser/