Le laser à rayons X le plus puissant au monde est prêt à fonctionner après une révision majeure. Une mise à niveau puissante de la source de lumière cohérente linéaire (LCLS) de Stanford, LCLS-II utilise des températures inférieures à l'espace lointain pour accélérer les électrons à presque la vitesse de la lumière et émettre un million d'éclairs de rayons X par seconde.
Le LCLS-II est ce qu'on appelle le laser à électrons libres à rayons X durs (XFEL), un instrument conçu pour imager des objets microscopiques à haute résolution et à des échelles de temps ultra-rapides.
Son prédécesseur a été utilisé pour représenter des virus, recréer les conditions au centre d'une étoile, faire bouillir de l'eau dans des états de plasma plus chauds que le noyau terrestre, créer le son le plus fort possible et créer une pluie de diamants qui pourrait tomber sur des planètes comme Neptune.
La deuxième phase de l'instrument, récemment achevée, sera capable de beaucoup plus. Les impulsions de rayons X du LCLS-II seront en moyenne 10 000 fois plus lumineuses que celles de son prédécesseur, et il émettra un million de ces impulsions chaque seconde - une augmentation considérable par rapport aux 120 impulsions par seconde de l'original.
En quelques heures seulement, le LCLS-II produira plus d'impulsions de rayons X que le laser actuel n'en a généré pendant toute sa durée de vie », a déclaré Mike Dunn, directeur du LCLS.
Les données qui prenaient des mois à être collectées peuvent désormais être obtenues en quelques minutes. Cela fera passer la science des rayons X à un niveau supérieur, ouvrant la voie à une gamme de nouvelles recherches et élargissant notre capacité à développer des technologies révolutionnaires pour relever certains des plus grands défis auxquels notre société est confrontée.
Le LCLS-II fonctionne de la même manière que la première génération - les électrons sont générés puis accélérés dans un long tube avant de toucher un onduleur, ce qui les fait osciller jusqu'à ce qu'ils fassent rebondir les rayons X d'un côté à l'autre. Mais maintenant, chaque étape de ce processus a été mise à jour.
Le plus gros changement est l'accélérateur au milieu. Alors que les électrons étaient auparavant dirigés à travers un tuyau en cuivre à température ambiante, LCLS-II utilise un ensemble de 37 cryomodules pour refroidir l'équipement jusqu'à -271 ° C, ce qui est légèrement au-dessus du zéro absolu. Pour ce faire, il fournit un liquide de refroidissement à l'hélium liquide aux modules à partir de deux grandes unités cryogéniques à l'hélium.
À des températures aussi basses, les cavités métalliques en niobium à l'intérieur des modules deviennent supraconductrices, permettant aux électrons de passer à travers avec une résistance nulle.
Les micro-ondes sont utilisées pour alimenter un champ électrique oscillant qui résonne dans ces cavités, se synchronisant avec le rythme de passage des électrons et leur transférant de l'énergie. Cette énergie supplémentaire accélère les électrons de sorte qu'au moment où ils traversent les 37 modules cryogéniques, ils se déplacent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
Les électrons vont ensuite dans des onduleurs, qui utilisent des aimants puissants pour tirer les électrons d'un côté à l'autre, les faisant osciller et émettre des rayons X.
Les nouveaux onduleurs peuvent générer à la fois des rayons X durs et mous, qui sont utiles à diverses fins - les rayons X durs peuvent montrer des atomes individuels en détail, tandis que les rayons X mous peuvent montrer les flux d'énergie entre les atomes et les molécules.
Selon les scientifiques, les cryomodules ont atteint leur basse température en avril et l'appareil est maintenant prêt à être testé avec les premiers électrons. Le LCLS-II devrait commencer à produire des rayons X d'ici la fin de l'année. Une fois que cela se produit, l'installation devrait fournir de nouvelles informations sur la chimie, la biologie, l'informatique et la mécanique quantique.
Source : SLAC
2022-05-12 13:55:42
Auteur: Vitalii Babkin