Il laser a raggi X più potente del mondo ora produce un milione di flash al secondo. Il laser a raggi X più potente del mondo è pronto per l’uso dopo un’importante revisione.
Un potente aggiornamento della sorgente di luce coerente lineare (LCLS) di Stanford, LCLS-II utilizza temperature inferiori allo spazio profondo per accelerare gli elettroni quasi alla velocità della luce ed emettere un milione di lampi di raggi X al secondo.
L’LCLS-II è ciò che è noto come l’Hard X-Ray Free Electron Laser (XFEL), uno strumento progettato per l’immagine di oggetti microscopici ad alta risoluzione e su scale temporali ultra veloci.
Il suo predecessore è stato utilizzato per rappresentare i virus, ricreare le condizioni al centro di una stella, far bollire l’acqua in stati plasmatici più caldi del nucleo terrestre, creare il suono più forte possibile e creare una pioggia di diamanti che potrebbe cadere su pianeti come Nettuno.
La seconda fase dello strumento recentemente completata sarà in grado di fare molto di più. Gli impulsi di raggi X dell’LCLS-II saranno in media 10.000 volte più luminosi di quelli del suo predecessore ed emetterà un milione di questi impulsi ogni secondo, un enorme aumento rispetto ai 120 impulsi al secondo dell’originale.
In poche ore, LCLS-II produrrà più impulsi di raggi X di quanti ne abbia generati l’attuale laser nella sua intera vita”, ha affermato Mike Dunn, direttore di LCLS.
I dati che prima richiedevano mesi per essere raccolti ora possono essere ottenuti in pochi minuti. Ciò porterà la scienza dei raggi X a un livello superiore, aprendo la strada a una serie di nuove ricerche e ampliando la nostra capacità di sviluppare tecnologie rivoluzionarie per affrontare alcune delle più grandi sfide che la nostra società deve affrontare.
L’LCLS-II funziona allo stesso modo della prima generazione: gli elettroni vengono generati e quindi accelerati lungo un lungo tubo prima che colpiscano un ondulatore, il che li fa oscillare fino a far rimbalzare i raggi X da un lato all’altro. Ma ora ogni fase di quel processo è stata aggiornata.
Il cambiamento più grande è l’acceleratore nel mezzo. Mentre gli elettroni erano precedentemente diretti attraverso un tubo di rame a temperatura ambiente, LCLS-II utilizza un set di 37 criomoduli per raffreddare le apparecchiature fino a -271 °C, che è leggermente al di sopra dello zero assoluto. Lo fa fornendo elio liquido di raffreddamento ai moduli da due grandi unità criogeniche a elio.
A temperature così basse, le cavità metalliche di niobio all’interno dei moduli diventano superconduttive, consentendo agli elettroni di passare senza resistenza.
Le microonde vengono utilizzate per alimentare un campo elettrico oscillante che risuona all’interno di queste cavità, sincronizzandosi con il ritmo del passaggio degli elettroni e trasferendo loro energia. Questa energia aggiunta accelera gli elettroni in modo che quando passano attraverso tutti i 37 moduli criogenici, si muovano vicino alla velocità della luce.
Gli elettroni entrano quindi negli ondulatori, che utilizzano potenti magneti per trascinare gli elettroni da un lato all’altro, facendoli oscillare ed emettere raggi X.
I nuovi ondulatori possono generare raggi X sia duri che morbidi, utili per una varietà di scopi: i raggi X duri possono mostrare i singoli atomi in dettaglio, mentre i raggi X morbidi possono mostrare i flussi di energia tra atomi e molecole.
Secondo gli scienziati, i criomoduli hanno raggiunto la loro bassa temperatura ad aprile e ora il dispositivo è pronto per essere testato con i primi elettroni. L’LCLS-II dovrebbe iniziare a produrre raggi X entro la fine dell’anno. Una volta che ciò accadrà, la struttura dovrebbe fornire nuove informazioni sulla chimica, la biologia, l’informatica e la meccanica quantistica.
Fonte: SLAC
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