미국 에너지부 산하 SLAC 국립 가속기 연구소의 세계에서 가장 강력하고 공개적으로 알려진 X선 레이저가 이상한 새로운 방식으로 세상을 스캔할 수 있는 업그레이드를 통해 첫 번째 펄스를 발사했습니다.
10년의 노력 끝에 연구소의 LCLS(Linac Coherent Light Source) 원자 X선 자유 전자 레이저가 업그레이드되어 초당 최대 백만 개의 펄스를 제공할 수 있으며, 이는 이전 장비에서 방출되는 것보다 최대 10,000배 더 밝습니다. 이전 모델보다 8,000배 더 강력해졌습니다. 아니면 샘 삼촌이 말합니다.
“이 X선의 파장은 대략 원자 크기이므로 X선 레이저는 분자의 내부 구조를 추적할 수 있습니다. 그리고 X선은 초고속 폭발(펨토초, 100만분의 1초)로 도착하기 때문입니다. 그러면 우리는 디스코의 스트로브 조명과 유사하게 모션을 ‘정지’할 수 있습니다.”라고 LCLS 디렉터이자 LCLS-II 프로젝트 디렉터인 Mike Dunne과 Greg Hays는 설명했습니다. 레지스터.
“그래서 우리는 실시간으로 화학 반응을 따르거나 초전도성과 같은 양자 현상의 출현을 관찰하면서 우리 주변 세계가 원자 분자 규모에서 어떻게 작동하는지에 대한 스톱모션 영화를 제작합니다.”
새로운 LCLS-II는 광음극과 충돌하여 전자 다발을 방출하는 자외선 펄스를 생성합니다. 이러한 전자는 화씨 영하 456도(섭씨 영하 271도)까지 냉각된 초전도 자석이 포함된 일련의 37개 극저온 모듈을 통해 이동함으로써 빛의 속도에 가깝게 가속됩니다.
빔은 과학자들이 조사하고자 하는 모든 샘플로 향합니다. X-선은 분자를 관통하고 회절되어 구조의 세부 사항을 나타내는 패턴을 만듭니다. 더 강력한 X선 레이저를 사용하면 과학자들은 상세한 스냅샷을 더 빠르게 캡처할 수 있어 재료나 화학 공정이 어떻게 전개되는지 실시간으로 확인할 수 있습니다.
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제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm) 미국 에너지부 장관은 성명을 통해 “SLAC의 LCLS-II에서 나오는 빛은 우주에서 가장 작고 빠른 현상을 조명하고 인류 건강부터 양자 재료 과학에 이르는 분야에서 큰 발견으로 이어질 것”이라고 말했다.
개선된 X선 레이저에는 액화 헬륨 가스를 생성하고 이를 입자 가속기 주위로 펌핑하는 키트인 두 개의 극저온 플랜트가 장착되어 있습니다. 또한 전자에서 X선을 생성하는 한 쌍의 언듈레이터와 장비를 처리할 수 있는 처리 능력을 갖춘 보다 민감한 감지기와 센서, 그리고 장비에서 생성되는 데이터를 자랑합니다.
LCLS-II는 제약 분자부터 양자 물질에 이르기까지 다양한 수준에서 물체를 조사할 수 있는 “경질” 및 “연질” 파장(각각 높은 에너지 또는 낮은 에너지)에서 X선을 생성합니다. 과학자들은 레이저를 사용하여 광합성이나 응집 물질의 원자 간의 상호 작용과 같은 과정을 조사할 것입니다.
“연X선은 분자 내 전자의 위치를 확인하는 데 유용합니다(에너지와 전하가 어떻게 이동하는지 알려줍니다. 예를 들어 태양으로부터 에너지를 활용하는 방법을 최적화하려는 경우). 하드 X- 광선은 원자가 어디에 있는지, 즉 물질의 구조를 알려주므로 우리 주변 세계가 어떻게 구성되어 있는지 살펴보는 데 유용합니다. 좋은 예는 단백질의 구조와 질병 치료에 사용되는 의약품입니다.” Dunne 및 헤이스는 말했다.
과학자들은 앞으로 몇 주 안에 이 장비를 사용하여 실험을 시작할 것이며 다른 사람들은 레이저를 사용하는 시간에 대한 제안서를 제출할 수 있습니다. 자유전자X선 레이저 시설은 미국, 유럽, 아시아 등 전 세계적으로 소수에 불과하니 빠른 제안을 받아보세요.
“저는 LCLS-II와 사용자 커뮤니티가 화학, 재료, 생물학 등의 기초 과학 연구부터 청정 에너지를 위한 과학 발전의 적용, 국가 안보 보장에 이르기까지 국가 과학 우선 순위에 미치는 영향을 정말로 기대합니다. 양자 정보 과학과 같은 이니셔티브”라고 DOE 과학국장 Asmeret Asefaw Berhe가 덧붙였습니다. ®
