세계에서 가장 강력한 X선 레이저가 대대적인 점검을 거쳐 작동할 준비가 되었습니다. Stanford의 LCLS(Linear Coherent Light Source)에서 강력하게 업그레이드된 LCLS-II는 심우주보다 낮은 온도를 사용하여 전자를 거의 빛의 속도로 가속하고 초당 백만 개의 X선 플래시를 방출합니다.
LCLS-II는 XFEL(Hard X-Ray Free Electron Laser)로 알려진 장비로, 미세한 물체를 고해상도 및 초고속 시간 스케일로 이미지화하도록 설계된 장비입니다.
그것의 전임자는 바이러스를 묘사하고, 별의 중심에서 조건을 재현하고, 지구 핵보다 뜨거운 플라즈마 상태에서 물을 끓이고, 가능한 가장 큰 소리를 만들고, 해왕성과 같은 행성에 떨어질 수 있는 다이아몬드 비를 만드는 데 사용되었습니다.
최근에 완성된 두 번째 단계의 장비는 훨씬 더 많은 기능을 제공할 것입니다. LCLS-II의 X선 펄스는 이전 모델보다 평균 10,000배 더 밝으며 초당 백만 개의 펄스를 방출합니다. 이는 원본의 초당 120펄스에서 크게 증가한 수치입니다.
단 몇 시간 안에 LCLS-II는 현재 레이저가 전체 수명 동안 생성한 것보다 더 많은 X선 펄스를 생성할 것입니다.”라고 LCLS 이사 Mike Dunn이 말했습니다.
수집하는 데 몇 달이 걸리던 데이터를 이제 몇 분 안에 얻을 수 있습니다. 이것은 엑스레이 과학을 한 단계 더 발전시켜 다양한 새로운 연구를 위한 토대를 마련하고 우리 사회가 직면한 가장 큰 문제를 해결하기 위한 획기적인 기술을 개발할 수 있는 능력을 확장할 것입니다.
LCLS-II는 1세대와 동일한 방식으로 작동합니다. 전자가 생성된 다음 긴 튜브를 따라 가속되어 언듈레이터에 부딪히기 때문에 X선이 좌우로 반사될 때까지 진동합니다. 그러나 이제 그 프로세스의 모든 단계가 업데이트되었습니다.
가장 큰 변화는 중앙에 있는 액셀러레이터다. 전자는 이전에 실온에서 구리 파이프를 통해 전달되었지만 LCLS-II는 37개의 저온 모듈 세트를 사용하여 장비를 절대 영도보다 약간 높은 -271°C까지 냉각합니다. 두 개의 대형 헬륨 극저온 장치에서 모듈에 액체 헬륨 냉각수를 공급하여 이를 수행합니다.
이러한 낮은 온도에서 모듈 내부의 니오븀 금속 공동은 초전도성이 되어 전자가 저항 없이 통과할 수 있습니다.
마이크로파는 전자를 전달하고 에너지를 전달하는 리듬과 동기화하여 이러한 공동 내에서 공명하는 진동 전기장에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 이 추가된 에너지는 전자를 가속하여 전자가 37개의 모든 저온 모듈을 통과할 때까지 빛의 속도에 가깝게 움직입니다.
그런 다음 전자는 강한 자석을 사용하여 전자를 좌우로 끌어당기는 언듈레이터로 이동하여 진동하고 X선을 방출합니다.
새로운 언듈레이터는 경성 X선과 연성 X선을 모두 생성할 수 있어 다양한 목적에 유용합니다. 경성 X선은 개별 원자를 자세히 보여줄 수 있는 반면, 연성 X선은 원자와 분자 사이의 에너지 흐름을 보여줄 수 있습니다.
과학자들에 따르면 저온 모듈은 4월에 낮은 온도에 도달했으며 이제 장치는 첫 번째 전자로 테스트할 준비가 되었습니다. LCLS-II는 올해 말부터 엑스레이 생산을 시작할 예정이다. 이러한 일이 발생하면 이 시설은 화학, 생물학, 컴퓨팅 및 양자 역학에 대한 새로운 통찰력을 제공할 것으로 예상됩니다.
출처: SLAC
2022-05-12 13:55:42
작가: Vitalii Babkin