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 s), bu, araştırmacıların, örneğin, kimyasal bağlanma işlemlerinin "filmlerini" oluşturabileceği veya titreşim enerjisinin bir malzeme boyunca akma şeklini analiz edebileceği 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 tesisi olduğu anlamına geliyor. 2008'de Birleşik Krallık da özel bir XFEL'e ev sahipliği yapmayı araştırmaya başladı, ancak planlar ilgi görmedi. Bunun yerine İngiltere katılmayı seçti. Avrupa X-ışını Serbest Elektron Lazeri (European XFEL) Hamburg, Almanya yakınlarındaki DESY laboratuvarında.

İlk ışığını 2017'de elde eden Avrupa XFEL, elektronları 2.1 GeV'ye hızlandırabilen 17.5 km'lik bir süper iletken lineer hızlandırıcıya sahip. Tesis, her biri 27,000 fs'den az süren X-ışını darbeleri saniyede 100 kez üretiyor. 2022'de tesiste yapılan deneylere dayalı 120'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 içinde İngiltere daha sonra 12. ülke oldu Avrupa XFEL'e katılmak, 26 milyar Euro'luk (2 eşdeğeri fiyatlar) tesisin inşa maliyetine yaklaşık 1.22 milyon Euro veya %2005 katkıda bulunmak. Birleşik Krallık ayrıca tesisin yıllık işletme maliyetlerinin %2'sini ödemeye başladı, ancak bu rakam şu anda %7'ye yükseldi ve Birleşik Krallık benzer bir deney yüzdesine dahil oldu.

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, İngiltere'de Araştırma ve Yenilik – Birleşik Krallık'ın dokuz araştırma konseyinin çatı kuruluşu – kavramsal bir tasarım incelemesi yapmak için. Tamamlanması yaklaşık üç yıl sürmesi bekleniyor ve ayrıca bilim vakasının güncellenmesini de içerecek. Imperial College London'ın dekanı fizikçi Ian Walmsley'e göre, gözden geçirme proje için "önemli bir adım".

Çevrimiçi olarak yaklaşık 150 kişinin de katıldığı Royal Society'deki etkinlik sırasında, bilim insanları yeni bir tesisin neleri araştırabileceğini özetledi. Buna kuantum malzemeleri, dinamik yapısal biyoloji ve hatta fizikçi ve XFEL kullanıcısı olarak Emma McBride Queen's University Belfast'tan, gezegenlerin içindeki koşulları daha iyi anlayarak açıkladı.

David DunningSTFC-Daresbury Laboratuvarı'ndaki Hızlandırıcı Bilim ve Teknoloji Merkezi'nden (ASTeC) bir fizikçi olan 8 GeV'lik bir süperiletken lineer hızlandırıcıyı çalıştıran bir Birleşik Krallık XFEL'in potansiyel araştırmasından çıkan "bilim tabanının çoğunu kapsayacağını" belirtiyor. kullanıcılar. Ancak bu enerji gereksinimi, kavramsal tasarım incelemesi sırasında şimdi daha ayrıntılı olarak incelenecektir.

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. STFC, bu toplantıların toplumu bir araya getirmesini ve bilim insanlarına bu makinelerin neler yapabileceğini açıklamasını umuyor. 2024'ün sonuna kadar her üç ayda bir bir etkinliğin gerçekleşmesi bekleniyor.

Royal Society toplantısında ortaya çıkan ana tema, bir Birleşik Krallık XFEL'in muhtemelen en azından kısmen bir yeşil kuşak alanında inşa edilmesi gerekeceği göz önüne alındığında, Birleşik Krallık'ın gerekli düzenleme süreci hakkında mümkün olduğunca erken düşünmesi ihtiyacıydı. 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, bir BK XFEL için temel gereksinimin, şu anda başka yerde mümkün olmayan yeteneklere sahip olması gerektiğini kabul etmeye hevesliydi. Bu görüş, LCLS direktörü tarafından desteklenmektedir. Mike Dunne, delegelere yeni nesil bir tesis tasarlarken inovasyonun kilit nokta olacağını söyleyen. "XFEL'lerin 2030'larda veya 2040'larda nasıl göründükleri, bugün göründüklerinden çok farklı olabilir" diyor.

Bu makinelerin yapabileceklerinin sadece yüzeyini çizmeye başlıyoruz

Emma McBride

Bununla birlikte, bir kavramsal tasarım incelemesi üzerinde çalışmaya başlama kararı, bir Birleşik Krallık XFEL'in inşa edileceği anlamına gelmez. Royal Society toplantısındaki konuşmacıların açıkça belirttiği gibi, inceleme, makinenin çok pahalı olduğu ve başka bir tesisteki gelişmeleri desteklemek ve bağları derinleştirmek için daha iyi bir seçenek olduğu sonucuna varabilir.

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/