Rafeindabyssan sem knýr Linac Coherent Light Source-II röntgenleysisbúnaðinn marilyn chung/lawrence berkeley
Snemma árs 2023 munu rafeindir sem fljúga á næstum ljóshraða í göngum undir Kaliforníu framleiða bjartustu röntgengeisla sem sést hafa á jörðinni, sem gerir okkur kleift að rannsaka frumeindir og sameindir í áður óþekktum smáatriðum.
Þessar met röntgengeislar verða framleiddar á SLAC National Accelerator Laboratory, sem hefur uppfært Linac Coherent Light Source (LCLS) röntgenleysisann sinn til að vera sá hraðskreiðasti og bjartasti í heimi. Þó að LCLS framkallaði um 100 röntgenpúls á hverri sekúndu, mun LCLS-II auka þann fjölda í 1 milljón, með röntgengeislum sem eru um 10.000 sinnum bjartari.
Í hjarta vélarinnar eru rafeindir sem fara í gegnum 3 kílómetra langt málmrör. Rannsakendur SLAC slá þá út úr koparplötu með útfjólubláu ljósi og nota síðan tæki sem gefa frá sér mikla örbylgjupúls til að ýta rafeindunum nálægt ljóshraða.
Þegar þær hafa náð hraða fara rafeindirnar í gegnum þúsundir segla í röðum með nokkurra millimetra millibili sem er raðað með segulpólum til skiptis. Þessir pólar til skiptis sveifla rafeindum fram og til baka og framleiða röntgengeisla í fyrirsjáanlegum, þröngum púlsum með stýranlega orku 1 milljón sinnum á hverri sekúndu. Hægt er að nota púlsana til að mynda inni efni, rétt eins og læknisfræðilega röntgenmynd, en 1 trilljón trilljón sinnum bjartari.
Uppfærslan var nauðsynleg þar sem öflugri og tíðari röntgenpúlsar gefa upplýsandi myndir, segir Mike Dunne hjá SLAC.
„Þetta er eins og ofursmásjá. Röntgengeislar hafa bylgjulengd á stærð við atóm, þannig að þú getur myndað einstök atóm innan sameindar með mikilli nákvæmni,“ segir hann. „Við getum séð tímakvarða þar sem frumeindir eignast vini sín á milli, á hvaða efnatengi verða til eða rofna. Þetta verður eins og að horfa á kvikmynd um sameindir í þróun.“
Þetta mun vera gagnlegt fyrir rannsóknir, allt frá grundvallareðlisfræði til að hanna sólarplötur og þróa lyf, segir Amy Cordones-Hahn , einnig hjá SLAC.
Lykillinn að LCLS-II uppfærslunni var að endurnýja göngin sem leiða rafeindir í gegnum seglana með því að skipta koparfóðrinu yfir fyrir níóbíum, kælt í um -271°C til að gera það að ofurleiðari. Án þessa hefði uppfærði leysirinn verið svo orkumikill að hann hefði brætt göngin.
Vísindamenn settu saman um 700 metra af níóbíumhlutum í rannsóknarstofum víðsvegar um Bandaríkin og þurftu síðan að flytja þá til Kaliforníu áður en þeir soðuðu saman án mengunar eða villna. Þeir þurftu líka að raða seglunum af mikilli nákvæmni, því jafnvel minnstu mistök í uppröðun hefðu magnast gríðarlega af rafeindum sem hreyfa sig hratt. “LCLS-II er kraftaverk verkfræði sem og vísinda,” segir Dunne.
Hópurinn byrjaði að senda rafeindir í gegnum níóbíumgöngin í september 2022 og vonast til að geta framleitt fyrstu met-slegnu röntgengeislana í febrúar eða mars 2023. „Þetta verður tæki sem mun gefa okkur svo miklu meiri upplýsingar en við getum fengið með öðrum aðferðir. Ég held að allir ættu að vilja koma hingað til að gera tilraunir,“ segir Cordones-Hahn.
Skráðu þig til Lost in Space-Time, ókeypis mánaðarlegt fréttabréf um undarlega raunveruleikann
