Национальный синхротрон Источник света (NSLS) в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) в Аптон, Нью - Йорк был научно - исследовательский центр национального пользователя финансируется Министерством энергетики США (DOE). Построенный с 1978 по 1984 год и официально остановленный 30 сентября 2014 года [2], NSLS считался синхротроном второго поколения . [3]
NSLS | |
---|---|
Основная информация | |
Тип | Научно-исследовательский центр |
Город или мегаполис | Аптон |
Страна | Соединенные Штаты |
Координаты | 40 ° 52′05 ″ с.ш. 72 ° 52′35 ″ з.д. / 40,86806 ° с.ш. 72,87639 ° з.д. |
Строительство началось | 1978 г. |
Завершенный | Кольцо с УФ-фильтром 1982 г., кольцо с рентгеновским излучением 1984 г. |
С ремонтом | 1986 г. |
Расходы | 160 000 000 долларов США [1] |
Владелец | Департамент энергетики |
Веб-сайт | |
Исходная веб-страница NSLS |
Экспериментальная площадка NSLS состояла из двух накопителей электронов: кольца для рентгеновских лучей и кольца VUV (вакуумного ультрафиолета), которые обеспечивали интенсивный сфокусированный свет, охватывающий электромагнитный спектр от инфракрасного до рентгеновского излучения. Свойства этого света и специально разработанные экспериментальные станции, называемые линиями лучей , позволили ученым во многих областях исследований проводить эксперименты, которые иначе были бы невозможны в их собственных лабораториях.
История
Земля была заложена для NSLS 28 сентября 1978 года. Кольцо VUV начало работу в конце 1982 года, а рентгеновское кольцо было введено в эксплуатацию в 1984 году. В 1986 году второй этап строительства расширил NSLS на 52 000 квадратных футов (4800 м 2). ), в котором добавлены офисы, лаборатории и помещения для нового экспериментального оборудования. [3] После 32 лет производства синхротронного света последний сохраненный луч был сброшен в 16.00 EDT 30 сентября 2014 года, и NSLS был официально закрыт.
Во время создания NSLS два ученых, Ренате Часман и Джордж Кеннет Грин , изобрели особую периодическую структуру магнитных элементов ( магнитную решетку ) для обеспечения оптимального изгиба и фокусировки электронов. [3] Эта конструкция была названа решеткой Часмана – Грина , и она стала основой конструкции каждого синхротронного накопительного кольца. Накопительные кольца характеризуются количеством прямых и изогнутых участков в своей конструкции. Изгибные участки производят больше света, чем прямые, из-за изменения углового момента электронов. Часман и Грин учли это в своей конструкции, добавив устройства для вставки, известные как вигглеры и ондуляторы , на прямых участках накопительного кольца. [3] Эти вводные устройства излучают самый яркий свет среди секций кольца, и, таким образом, лучи обычно прокладываются ниже по потоку от них.
Кольцо VUV
Кольцо VUV на Национальном источнике синхротронного света было одним из первых источников света 2-го поколения, которые работали в мире. Первоначально он был разработан в 1976 году и введен в эксплуатацию в 1983 году. [4] Во время модернизации Фазы II в 1986 году к кольцу ВУФ были добавлены два вставных вигглера / ондулятора, обеспечивающие источник максимальной яркости в вакуумной ультрафиолетовой области до появления третьего поколения. источники света. [4]
Рентгеновское кольцо
Рентгеновское кольцо в Национальном источнике синхротронного света было одним из первых накопительных колец, спроектированных как специальный источник синхротронного излучения . [5] Окончательный дизайн решетки был завершен в 1978 году, и первый сохраненный пучок был получен в сентябре 1982 года. К 1985 году экспериментальная программа находилась в быстром состоянии разработки, и к концу 1990 года линии пучков и вводные устройства Фазы II введены в эксплуатацию. [5]
Дизайн
Электроны генерируют синхротронное излучение, которое использовалось на конечных станциях пучков. Электроны сначала производятся триодной электронной пушкой на 100 кэВ . [6] Эти электроны затем прошли через линейный ускоритель (линейный ускоритель), который получил их до 120 МэВ . [6] Затем электроны вошли в бустерное кольцо, где их энергия была увеличена до 750 МэВ, [6] и затем инжектировались либо в кольцо ВУФ, либо в кольцо рентгеновского излучения. В кольце ВУФ-излучения электроны увеличивались до 825 МэВ, а электроны в рентгеновском кольце - до 2,8 ГэВ .
Попадая в кольцо, ВУФ или рентгеновское излучение, электроны вращаются по орбите и теряют энергию в результате изменения своего углового момента , что вызывает изгнание фотонов. Эти фотоны считаются белым светом, т. Е. Полихроматическими , и являются источником синхротронного излучения. Перед использованием в конечной станции пучка свет коллимируется перед достижением монохроматора или ряда монохроматоров, чтобы получить одну фиксированную длину волны.
Во время нормальной работы электроны в накопительных кольцах теряли энергию, и поэтому кольца повторно вводились каждые 12 (рентгеновское кольцо) и 4 (ВУФ-кольцо) часов. Разница во времени возникла из-за того, что ВУФ-свет имеет большую длину волны и, следовательно, более низкую энергию, что приводит к более быстрому затуханию, в то время как рентгеновские лучи имеют очень маленькую длину волны и высокую энергию.
Это был первый синхротрон, управляемый с помощью микропроцессоров. [7]
Удобства
Ультрафиолетовое кольцо имело 19 лучей, а рентгеновское кольцо - 58. [8] Трубопроводы эксплуатировались и финансировались различными способами. Однако, поскольку NSLS является пользовательским оборудованием, любому ученому, представившему предложение, может быть предоставлено время луча после рецензирования. В NSLS было два типа лучей: Facility Beamlines (FB), которые эксплуатировались персоналом NSLS и зарезервировали минимум 50 процентов своего лучевого времени для пользователей, и лучи группы участников (PRT), которые эксплуатировались и укомплектовывались персоналом. внешними группами и зарезервировал для пользователей не менее 25% времени передачи.
Каждый рентгеновский экспериментальная станция источника синхротронного излучения имел конечную станцию называется клетка . Это большие корпуса, изготовленные из материалов, защищающих от излучения , таких как сталь и свинцовое стекло , для защиты пользователей от ионизирующего излучения луча. В области рентгеновского излучения во многих экспериментах использовались такие методы, как дифракция рентгеновских лучей , порошковая дифракция высокого разрешения (PXRD), XAFS , DAFS (аномальная тонкая структура дифракции рентгеновских лучей), WAXS и SAXS .
На кольце VUV конечными станциями обычно были камеры UHV ( сверхвысокого вакуума ), которые использовались для проведения экспериментов с использованием таких методов, как XPS , UPS , LEEM и NEXAFS .
В некоторых каналах пучка использовались другие аналитические инструменты, используемые в сочетании с синхротронным излучением, такие как масс-спектрометр , мощный лазер или масс-спектрометр с газовой хроматографией . Эти методы помогли дополнить и лучше количественно оценить эксперименты, проводимые на конечной станции.
Достижения и статистика
Нобелевские премии
В 2003 году Родерик Маккиннон получил Нобелевскую премию по химии за расшифровку структуры ионного канала нейрона . Его работа частично проводилась в NSLS. [9] В 2009 году Венкатраман Рамакришнан и Томас А. Стейтц и Ада Э. Йонат получили Нобелевскую премию по химии за визуализацию рибосомы с атомным разрешением за счет использования рентгеновской кристаллографии в NSLS и других источниках синхротронного света. [10]
Статистика пользователей
В 2009 году Национальный источник синхротронного света обслужил более 2200 пользователей из 41 штата США и 30 других стран. [11] В 2009 году было опубликовано 658 журнальных публикаций и 764 публикации, включая журнальные публикации, книги, патенты, диссертации и отчеты. [12]
NSLS-II
NSLS был окончательно остановлен 30 сентября 2014 года после более чем 30 лет эксплуатации. [2] Он был заменен NSLS-II , который был разработан, чтобы быть в 10 000 раз ярче. [13]
Смотрите также
- Центр функциональных наноматериалов
- Список объектов синхротронного излучения
- Синхротронное излучение
- Синхротрон
- Национальные лаборатории Министерства энергетики США
Рекомендации
- ^ "NSLS Everyday Science" . bnl.gov. Архивировано из оригинального 21 марта 2012 года . Проверено 28 марта 2011 года .
- ^ a b Последний свет в NSLS
- ^ а б в г «Краткая история NSLS» . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ а б "Накопительное кольцо ВУФ" . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ а б "Кольцо для хранения рентгеновских лучей" . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ а б в "Booster & Linac Ring" . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ "Распределенная система управления национальным источником синхротронного света" (PDF) . IEEE Transactions по ядерной науке . Проверено 13 декабря 2015 года .
- ^ «Список лучей по номерам» . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ «Нобелевская премия | Премия по химии 2003 года, Родерик Маккиннон» . Bnl.gov . Проверено 17 марта 2010 года .
- ^ «Нобелевская премия | Премия по химии 2009 года, Венкатраман Рамакришнан и Томас А. Стейтц» . Bnl.gov . Проверено 25 июля 2012 года .
- ^ «Национальные пользовательские объекты в Брукхейвенской лаборатории» (PDF) . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ «Отчет о деятельности NSLS за 2009 год» . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
- ^ «О проекте NSLS-II» . BNL.gov . Проверено 4 августа 2010 года .
Внешние ссылки
- Исходная веб-страница NSLS
- BNL: Национальный синхротронный источник света II (NSLS-II)
- BNL Photon Sciences: О NSLS-II
- Брукхейвенская национальная лаборатория - страсть к открытиям
- Lightsources.org
Координаты : 40 ° 52′05 ″ с.ш. 72 ° 52′35 ″ з.д. / 40,86806 ° с.ш. 72,87639 ° з.д. / 40.86806; -72,87639 ( NSLS )