O laser de raios-X mais poderoso do mundo está pronto para operação após uma grande revisão. Uma atualização poderosa da Fonte de Luz Coerente Linear (LCLS) de Stanford, a LCLS-II usa temperaturas inferiores ao espaço profundo para acelerar os elétrons até quase a velocidade da luz e emitir um milhão de flashes de raios-X por segundo.
O LCLS-II é o que é conhecido como Hard X-Ray Free Electron Laser (XFEL), um instrumento projetado para imagens de objetos microscópicos em alta resolução e em escalas de tempo ultrarrápidas.
Seu antecessor foi usado para representar vírus, recriar condições no centro de uma estrela, ferver água em estados de plasma mais quentes que o núcleo da Terra, criar o som mais alto possível e criar chuva de diamantes que poderia cair em planetas como Netuno.
A recém-concluída segunda fase do instrumento será capaz de muito mais. Os pulsos de raios-X do LCLS-II serão, em média, 10.000 vezes mais brilhantes do que os de seu antecessor e emitirão um milhão desses pulsos a cada segundo - um grande aumento em relação aos 120 pulsos por segundo do original.
Em apenas algumas horas, o LCLS-II produzirá mais pulsos de raios X do que o laser atual gerou em toda a sua vida útil”, disse Mike Dunn, diretor do LCLS.
Dados que costumavam levar meses para serem coletados agora podem ser obtidos em minutos. Isso levará a ciência dos raios X ao próximo nível, abrindo caminho para uma série de novas pesquisas e expandindo nossa capacidade de desenvolver tecnologias inovadoras para enfrentar alguns dos maiores desafios que nossa sociedade enfrenta.
O LCLS-II funciona da mesma forma que a primeira geração - os elétrons são gerados e então acelerados por um longo tubo antes de atingirem um ondulador, o que os faz oscilar até refletirem os raios X de um lado para o outro. Mas agora todas as etapas desse processo foram atualizadas.
A maior mudança é o acelerador no meio. Enquanto os elétrons eram previamente direcionados através de um tubo de cobre à temperatura ambiente, o LCLS-II usa um conjunto de 37 criomódulos para resfriar o equipamento até -271°C, que é um pouco acima do zero absoluto. Ele faz isso fornecendo refrigerante de hélio líquido para os módulos de duas grandes unidades criogênicas de hélio.
A temperaturas tão baixas, as cavidades metálicas de nióbio dentro dos módulos tornam-se supercondutoras, permitindo que os elétrons passem com resistência zero.
Microondas são usadas para alimentar um campo elétrico oscilante que ressoa dentro dessas cavidades, sincronizando com o ritmo de passagem de elétrons e transferindo energia para eles. Essa energia adicionada acelera os elétrons de modo que, no momento em que passam por todos os 37 módulos criogênicos, estão se movendo a uma velocidade próxima à da luz.
Os elétrons então vão para onduladores, que usam ímãs fortes para puxar os elétrons de um lado para o outro, fazendo com que oscilem e emitam raios-X.
Os novos onduladores podem gerar raios X duros e macios, que são úteis para uma variedade de propósitos – os raios X duros podem mostrar átomos individuais em detalhes, enquanto os raios X macios podem mostrar fluxos de energia entre átomos e moléculas.
Segundo os cientistas, os criomódulos atingiram sua baixa temperatura em abril e agora o dispositivo está pronto para testes com os primeiros elétrons. Espera-se que o LCLS-II comece a produzir raios-X até o final do ano. Quando isso acontecer, espera-se que a instalação forneça novos insights sobre química, biologia, computação e mecânica quântica.
Fonte: SLAC
2022-05-12 13:55:42
Autor: Vitalii Babkin