영국이 차세대 X선 자유 전자 레이저(XFEL) 시설을 위한 설계 작업을 공식적으로 시작했습니다. 150명이 넘는 연구원들이 로얄 학회 월요일에 계획을 논의하기 위해 영국 기반 XFEL 진행이 주어진다면 앞으로 수십 년 안에 건설 될 수 있습니다. 연구원들은 이제 영국 전역에서 일련의 회의를 개최하여 시설에 대한 관심을 측정하고 어떤 종류의 과학을 생산할 수 있는지 논의할 것입니다.

싱크로트론은 X선을 사용하여 조사 중인 샘플의 정적 이미지 또는 스냅샷을 생성하는 반면, XFEL은 초당 수만 번 강렬하고 일관된 X선 빔의 펄스를 생성하기 때문에 동적 프로세스를 연구할 수 있습니다(아래 상자 참조). 각 펄스는 100fs(10^{- 13} s) 이는 연구원들이 예를 들어 화학 결합 과정의 "동영상"을 만들거나 물질을 가로질러 진동 에너지가 흐르는 방식을 분석할 수 있음을 의미합니다.

XFEL은 새로운 것이 아니며 온라인으로 제공되는 첫 번째 시설이 Linac 일관된 광원 (LCLS) 미국 SLAC 국립 가속기 연구소에서. 2005년 착공해 XNUMX년 만에 완공됐다. 이 시설은 현재 대대적인 업그레이드를 진행 중입니다. LCLS II – LCLS의 120개에서 LCLS II의 XNUMX만 개로 초당 X선 펄스 수를 높이는 작업이 포함됩니다.

다른 XFEL은 곧 일본, 독일, 한국 및 스위스에서 문을 열었습니다. 즉, 현재 전 세계에 2008개의 사용자 시설이 있습니다. XNUMX년에 영국도 전용 XFEL 호스팅을 검토하기 시작했지만 계획이 추진력을 얻지 못했습니다. 영국은 대신 가입을 선택했습니다. 유럽 ​​X선 자유 전자 레이저 (유럽 XFEL) 독일 함부르크 근처의 DESY 연구소에서.

2017년에 첫 번째 빛을 달성한 유럽 XFEL은 전자를 2.1 GeV로 가속할 수 있는 17.5km 초전도 선형 가속기를 갖추고 있습니다. 이 시설은 초당 27,000회의 X선 펄스를 생성하며 각 펄스는 100fs 미만으로 지속됩니다. 2022년에는 시설에서 수행된 실험을 기반으로 120개 이상의 기사가 출판되었습니다.

영국은 초기에 유럽 XFEL에 기술 개발, 장비 설계, 건설 기여 및 사용자 컨소시엄 참여를 통해 참여했습니다. 영국의 다이아몬드 광원 옥스퍼드셔에서도 두 개의 “XFEL 허브” – 물리 및 생명 과학 – 유럽 XFEL의 영국 사용자는 교육, 샘플 준비 및 데이터 처리 측면에서 지원을 받습니다.

2018에서 그 후 영국은 12번째 국가가 되었습니다. 유럽 ​​XFEL에 합류하여 26억 2만 유로(1.22년 등가) 시설 건설 비용으로 2005만 유로(또는 2%)를 기여합니다. 영국은 또한 시설의 연간 운영 비용의 7%를 지불하기 시작했지만, 현재 그 수치는 XNUMX%로 증가했으며 영국도 비슷한 비율의 실험에 참여하고 있습니다.

XFEL 시설의 운영 비용은 상당할 수 있습니다. 예를 들어, 유럽 XFEL의 연간 운영 비용은 140억 100천만 유로입니다. 즉, 작년에 시설에서 수행된 1.4개의 실험을 수행하는 데 각각 약 2015만 유로가 소요되었습니다. 그러나 유럽 XFEL이 XNUMX배 초과 가입되어 있어 여전히 더 많은 기계를 위한 용량이 있으며 XNUMX년에 영국은 자체 XFEL에 대한 사례를 재검토하기 시작했습니다.

자신을 구축

XFEL에 대한 수요가 증가함에 따라 과학기술시설협의회 (STFC) – 영국의 XNUMX개 연구 자금 지원 기관 중 하나 – 자유 전자 레이저 전략 검토 수행검토는 영국이 2016년까지 "XFEL 구축 여부에 대한 최종 결정을 내릴 위치"에 있는지 확인해야 한다고 결론지었습니다.

영국은 마감일을 놓쳤지만 그 해 영국 XFEL 과학 사례를 발표했습니다. 전 세계에서 온 100명 이상의 과학자들이 이 보고서의 초안을 작성하는 데 도움을 주었으며, 이 보고서는 영국이 0.1keV에서 150keV 사이의 에너지와 100아토초에서 1fs의 펄스 지속 시간으로 X선을 생성할 수 있는 기계를 구축할 것을 권장했습니다. 탐색해야 할 제도.

2030년대 또는 2040년대 XFEL의 모습은 오늘날의 모습과 매우 다를 수 있습니다.

마이크 던

2022년 3.2월 영국 XFEL 제안은 영국 연구 및 혁신 – 개념 설계 검토를 수행하기 위한 영국의 XNUMX개 연구 위원회의 상위 조직. 완료하는 데 약 XNUMX년이 걸릴 것으로 예상되며 과학 사례 업데이트도 포함될 것입니다. Imperial College London의 학장인 물리학자 Ian Walmsley에 따르면 검토는 프로젝트의 "중요한 단계"입니다.

약 150명이 온라인으로 참석한 왕립학회 행사에서 과학자들은 새로운 시설이 조사할 수 있는 내용을 설명했습니다. 여기에는 양자 재료, 동적 구조 생물학, 물리학자 및 XFEL 사용자가 포함됩니다. 엠마 맥브라이드 Queen 's University Belfast의 설명에 따르면 행성 내부의 조건을 더 잘 이해하게되었습니다.

데이비드 더닝, STFC-Daresbury 연구소의 가속기 과학 기술 센터(ASTeC)의 물리학자는 8 GeV 초전도 선형 가속기를 작동하는 영국 XFEL이 잠재력 조사에서 나온 "많은 과학 기반을 다룰 것"이라고 언급합니다. 사용자. 그러나 해당 에너지 요구 사항은 이제 개념 설계 검토 중에 더 자세히 조사됩니다.

지역 사회 참여

영국의 연구 그룹에 대한 설문 조사, 영국 XFEL 과학 사례의 일부로 수행된 500명 이상의 영국 과학자들이 지난 XNUMX년 동안 XFEL 과학에 적극적으로 참여했음을 나타냅니다. 하지만 존 마랑고스 영국 XFEL의 과학 책임자인 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 XFEL 과학이 사용자 파벌로 바뀌지 않도록 하기 위해 과학계의 참여를 확대하는 것이 앞으로 몇 년 동안 중요할 것이라고 말했습니다.

개념 설계 검토의 일환으로, 일련의 "타운 홀" 스타일 이벤트 및 워크샵이 이제 전국에서 개최됩니다.. STFC는 이러한 회의가 커뮤니티를 하나로 모으고 이러한 기계가 무엇을 할 수 있는지에 대해 과학자들에게 설명할 수 있기를 바랍니다. 2024년 말까지 XNUMX개월마다 한 번씩 행사가 열릴 예정이다.

왕립 학회 회의에서 등장한 핵심 주제는 영국 XFEL이 적어도 부분적으로는 그린벨트 지역에 건설되어야 한다는 점을 감안할 때 영국이 필요한 규제 프로세스에 대해 가능한 한 빨리 생각할 필요가 있다는 것이었습니다. ASteC의 짐 클라크 지속 가능성도 디자인의 핵심 부분이 될 것이라고 강조했습니다. 여기에는 예를 들어 2K 이상의 온도에서 효과적으로 작동할 수 있는 무선 주파수 공동에 초전도체를 사용하는 것이 포함될 수 있습니다.

런던 행사의 관계자들은 영국 XFEL의 주요 요구 사항이 현재 다른 곳에서는 불가능한 기능을 갖추어야 한다는 점을 인정하고 싶어했습니다. 그 견해는 LCLS 이사가 뒷받침합니다. 마이크 던, 그는 참석자들에게 차세대 시설을 설계할 때 혁신이 핵심이 될 것이라고 말했습니다. "2030년대 또는 2040년대 XFEL의 모습은 오늘날의 모습과 매우 다를 수 있습니다."라고 그는 말합니다.

우리는 이 기계가 할 수 있는 일의 표면을 긁기 시작했을 뿐입니다.

엠마 맥브라이드

그러나 개념 설계 검토 작업을 시작하기로 결정했다고 해서 영국 XFEL이 건설될 것이라는 의미는 아닙니다. 왕립 학회 회의의 연사들이 분명히 밝혔듯이 검토 결과 기계가 너무 비싸고 다른 시설에서 개발을 지원하고 관계를 심화하는 것이 더 나은 선택이 될 것이라고 결론을 내릴 수 있습니다.

그러나 영국 기반 옵션이 최선의 선택으로 간주되고 사용 가능한 자금이 있는 경우 다음 단계는 선호하는 설계에 대한 엔지니어링 설계가 될 것입니다. 영국 XFEL에서 실험을 시작하려면 사용자가 수십 년을 기다려야 할 수도 있지만 이 기계는 과학에 많은 것을 제공할 수 있습니다. McBride는 "우리는 이 기계가 할 수 있는 일의 표면을 긁기 시작했을 뿐입니다."라고 말합니다.

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• 플라토 블록체인. Web3 메타버스 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://physicsworld.com/a/uk-kicks-off-design-work-for-an-x-ray-free-electron-laser/