Министерство энергетики США дало зелёный свет на модернизацию LCLS (Linac Coherent Light Source), самого мощного рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Этот проект, стоимостью 716 миллионов долларов, предоставит учёным возможность исследовать процессы на атомном уровне с беспрецедентной точностью, а также решать основополагающие задачи в таких областях, как хранение энергии, катализ, биология, материаловедение и квантовая физика.
После завершения обновления LCLS-II-HE, которое удвоит энергию пучка электронов, исходящего из сверхпроводящего ускорителя, максимальная энергия рентгеновского излучения увеличится в более чем два раза, а средняя яркость высокоэнергетических рентгеновских лучей возрастет в 3000 раз.
«Эта высокоэнергетическая модернизация LCLS укрепит лидерство нашей лаборатории в сферах рентгеновской и сверхбыстрой науки. Благодаря ключевой поддержке Управления науки Министерства энергетики и нашим партнерским лабораториям данное обновление, когда будет завершено, откроет новые горизонты для научных открытий и инноваций», — отметил директор лаборатории SLAC Джон Саррао.
Новый сверхпроводящий ускоритель, созданный в рамках модернизации LCLS-II, включает 37 криогенных модулей, которые охлаждаются до -456° F. Криомодули были разработаны Национальной ускорительной лабораторией Ферми (Fermilab) при содействии Национального ускорительного комплекса Томаса Джефферсона (Jefferson Lab) для совместной разработки и тестирования.
SLAC вновь сотрудничает с этими национальными лабораториями, а также с Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) в Университете штата Мичиган для проекта LCLS-II-HE. Fermilab и Jefferson Lab создают и тестируют набор из 23 новых криомодулей, каждый из которых содержит восемь сверхпроводящих радиочастотных резонаторов с новейшими технологиями для повышения эффективности.
Высокоэнергетическая модернизация будет использовать существующий жёсткий рентгеновский ондулятор. Также SLAC продолжит сотрудничество с Berkeley Lab для модификации мягкого рентгеновского ондулятора, чтобы обеспечить их совместное использование с новым пучком.
Изготовление и доставка криомодулей идут полным ходом, и на сегодняшний день изготовлено около 95% полостей, а 10 криомодулей уже доставлены в SLAC. Испытания показывают, что их производительность будет минимум в полтора раза выше, чем у криомодулей для LCLS-II.
«Командная работа и кооперация лежат в основе новаторских достижений в технологии XFEL, позволяя проводить исследования атомных и молекулярных структур с несравненной скоростью», — заявил директор проекта LCLS-II-HE Грег Хейс.
Модернизация LCLS-II-HE позволит глубже понять динамику атомного уровня. Решения в таких областях, как чистая энергия, устойчивое развитие, передовые технологии и здоровье человека, зависят от способности прогнозировать и контролировать материалы и устройства как на фундаментальном, так и на масштабном уровнях.
С помощью жёстких рентгеновских лучей и высокой чувствительности учёные смогут исследовать твёрдые и жидкие системы для изучения молекул и наноматериалов. Это важно для разработки новых решений для возобновляемой энергии и катализаторов, которые помогут создать эффективные системы для устойчивого производства, хранения энергии и преобразования солнечной энергии в безуглеродное топливо и электричество.
В биомедицинской науке требуется более глубокое понимание, связующее структурную эволюцию биомолекулярных систем с их функциями. Это важно для здоровья человека, биобезопасности и разработок синтетических методов для использования биохимических подходов в зелёных промышленных, сельскохозяйственных и энергетических решениях.
Благодаря обновлению LCLS сможет детально исследовать движение биологических образцов в реальных физиологических условиях, что в свою очередь способствую разработке более эффективных лекарственных препаратов.
Модернизация предоставит высокоточные инструменты для изучения поведения новых материалов и квантовых систем, что откроет путь к разработке сверхбыстрых компьютеров и систем связи, а также к сокращению энергетических затрат в центрах обработки данных и улучшению энергоэффективности электронных устройств.
Расширенный LCLS также будет содействовать прогрессу машинного обучения, создавая высококачественные данные для более точных моделей и ускорения научных открытий — свыше петабайта данных в день. Это позволит выполнять предсказательное моделирование, автономные эксперименты и разработку новых алгоритмов.
Учёные смогут визуализировать движение материалов, химических систем и биологических комплексов на атомном уровне.
Источник: iXBT
