سيكون ليزر الأشعة السينية Linac Coherent Light Source II سريعًا ومشرقًا لدرجة أنه سيسمح للناس بإنشاء أفلام لحركة الذرات داخل الجزيئات

مدفع الإلكترون الذي يشغل ليزر الأشعة السينية Linac Coherent Light Source-II

في أوائل عام 2023 ، ستنتج الإلكترونات التي تطير بسرعة الضوء تقريبًا في نفق أسفل كاليفورنيا ألمع أشعة سينية على الإطلاق ، مما يسمح لنا بفحص الذرات والجزيئات بتفاصيل غير مسبوقة.
سيتم إنتاج هذه الأشعة السينية التي حطمت الرقم القياسي في مختبر التسريع الوطني SLAC ، والذي قام بتحديث ليزر الأشعة السينية Linac Coherent Light Source (LCLS) ليكون الأسرع والأكثر سطوعًا في العالم. بينما أنتج LCLS حوالي 100 نبضة من الأشعة السينية كل ثانية ، سيزيد LCLS-II هذا العدد إلى مليون ، مع الأشعة السينية التي تكون أكثر سطوعًا بحوالي 10000 مرة.
في قلب الآلة توجد إلكترونات تتحرك عبر أنبوب معدني طوله 3 كيلومترات. قام باحثو SLAC بإخراجهم من لوحة نحاسية بأشعة فوق بنفسجية ، ثم استخدموا أجهزة تصدر نبضات ميكروويف مكثفة لدفع الإلكترونات إلى ما يقرب من سرعة الضوء.
بمجرد الوصول إلى السرعة ، تمر الإلكترونات عبر آلاف المغناطيسات في صفوف على بعد بضعة ملليمترات مرتبة بأقطاب مغناطيسية متناوبة. تعمل هذه الأقطاب المتناوبة على تحريك الإلكترونات ذهابًا وإيابًا ، وتنتج أشعة سينية في نبضات ضيقة يمكن التنبؤ بها مع طاقات يمكن التحكم فيها مليون مرة كل ثانية. يمكن استخدام النبضات لتصوير المواد الداخلية ، تمامًا مثل الأشعة السينية الطبية ، ولكن أكثر سطوعًا بمقدار 1 تريليون مرة.
كان التحديث ضروريًا لأن نبضات الأشعة السينية الأكثر قوة ومتكررة تنتج صورًا أكثر إفادة ، كما يقول مايك دن من SLAC.
"إنه مثل مجهر فائق. الأشعة السينية لها طول موجي يقارب حجم الذرة ، لذلك يمكنك تصوير الذرات الفردية داخل الجزيء بدقة عالية ، "كما يقول. يمكننا أن نرى الجداول الزمنية التي تكون فيها الذرات صداقات مع بعضها البعض ، وعلى أساسها يتم تكوين الروابط الكيميائية أو كسرها. سيكون الأمر أشبه بمشاهدة فيلم عن تطور الجزيئات ".
سيكون هذا مفيدًا للدراسات التي تتراوح من الفيزياء الأساسية إلى تصميم الألواح الشمسية وتطوير الأدوية ، كما تقول Amy Cordones-Hahn ، أيضًا في SLAC.
كان مفتاح ترقية LCLS-II هو تجديد النفق الذي يوجه الإلكترونات عبر المغناطيس عن طريق تبديل البطانة النحاسية بواحدة من النيوبيوم ، وتبريدها إلى حوالي -271 درجة مئوية لجعلها موصلًا فائقًا. بدون ذلك ، كان الليزر الذي تمت ترقيته سيكون نشيطًا لدرجة أنه كان سيذيب النفق.
قام الباحثون بتجميع حوالي 700 متر من قطع النيوبيوم في مختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، ثم اضطروا إلى نقلها إلى كاليفورنيا قبل لحامها معًا دون أي تلوث أو أخطاء. كان عليهم أيضًا ترتيب المغناطيس بدقة متناهية ، لأنه حتى أصغر خطأ في المحاذاة كان من الممكن تضخيمه بشكل كبير بواسطة الإلكترونات سريعة الحركة. يقول دن: "LCLS-II معجزة في الهندسة والعلوم على حد سواء".
بدأ الفريق في إرسال الإلكترونات عبر نفق النيوبيوم في سبتمبر 2022 ويأمل في إنتاج أول أشعة سينية محطمة للأرقام القياسية في فبراير أو مارس 2023. "ستكون أداة ستمنحنا معلومات أكثر بكثير مما يمكننا الحصول عليه من غيرها.
أعتقد أن الجميع يريدون المجيء للتجربة هنا ، "يقول كوردونيس هان.
  المصدر: