Juli 22, 2024

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Es handelt sich um den „leistungsstärksten“ Laser der Welt

Es handelt sich um den „leistungsstärksten“ Laser der Welt
LCLS-II wird eine Million Röntgenimpulse pro Sekunde erzeugen und 10.000-mal heller sein als sein Vorgänger. (SLAC National Accelerator Laboratory)

Die Wissenschaftler Universität in Stanford lieferte erfolgreich die ersten Laserstrahlen Linac Kohärente Lichtquelle II (LCLS-II), Eine Maschine ist zu viel Ein Jahrzehnt des Wachstums Und so weiter Milliarden Dollar Investitionen, um es zu einem wertvollen Werkzeug zum Verständnis besonders kleiner und schneller Phänomene zu machen.

Hergestellt im National Accelerator Laboratory LangweiligAls LCLS-II klassifiziert „Der leistungsstärkste Röntgenlaser“ nie gebaut; Denn es würde es Forschern ermöglichen, molekulare Filme solcher biologischen Prozesse zu machen Photosynthesesowie Beobachtung Atome, Moleküle und chemische Reaktionen in einem noch nie dagewesenen Detaillierungsgrad.

Dies liegt daran, dass es bis zu produzieren kann Eine Million Funken Röntgenstrahlen pro Sekunde, ca 8.000 Mal mehr Erzeugt einen nahezu kontinuierlichen Strahl hochenergetischen Lichts als der ursprüngliche LCLS-Laser. 10.000 Mal heller als vorher. Dadurch können sehr detaillierte Prozesse auf atomarer Ebene erfasst werden.

„Das Licht von SLACs LCLS-II wird die kleinsten und schnellsten Ereignisse im Universum beleuchten und zu wichtigen Entdeckungen in Bereichen führen, die von der menschlichen Gesundheit bis zu den Biowissenschaften reichen. Quantenobjekte„, versicherte der US-Energieminister, Jennifer Granholm.

Wann Mike DunneDer Co-Direktor des SLAC sagte, die Fähigkeit der Maschine werde „uns lehren, wie sich Energie um Moleküle bewegt, was für das Verständnis der Fortschritte in der Solarenergietechnologie, der Computertechnik und der Hochgeschwindigkeitskommunikation von entscheidender Bedeutung ist.“ Nanowissenschaften Sogar mehr.

Wissenschaftler der Stanford University haben erfolgreich die ersten Laserstrahlen von ihrer LCLS-II-Maschine abgefeuert. (SLAC National Accelerator Laboratory)

Insbesondere die LCLS-II Es handelt sich um einen Freie-Elektronen-Röntgenlaser (XFEL), bei dem diese freien Elektronen auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und einen Hochgeschwindigkeitslichtstrahl mit sehr kurzen Wellenlängen erzeugen, ähnlich wie ein Kamerablitz, der schneller abfeuert, als das menschliche Auge wahrnehmen kann.

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Es wurde erlassen 37 kryogene Module gekühlt –271 Grad Celsius, kälter als der Weltraum. Bei dieser Temperatur kann es hochenergetische Elektronen leiten und der Emission standhalten. Für die Erzeugung des Röntgenlichts sind zwei neue Undulatoren verantwortlich, ein weicher Niedrigenergie- und ein harter Hochenergie-Undulator. Beschleunigte Elektronen.

El LCLS-II-Produktion Röntgenstrahlen Durch einen komplexen Prozess mit Lasern, Elektronen, Mikrowellen und Magneten. Erstens verwenden Forscher Ultravioletter Laser Das Ausstoßen von Elektronen aus einer Kupferplatte, bevor die Elektronen durch ein Gerät beschleunigt werden, das intensive Mikrowellenimpulse aussendet.

Schnittbild eines Kryomoduls. Jeder große Metallzylinder enthält Schichten aus Isolier- und Kühlgeräten sowie Hohlräume, die Elektronen beschleunigen. Kryomodule werden mit flüssigem Helium aus einer Flugkälteanlage versorgt. (SLAC National Accelerator Laboratory)

Elektronen werden durch eine Plattform aus Tausenden von Magneten bewegt, wodurch sie sich hin und her bewegen und in vorhersehbaren, gut kontrollierten Ausbrüchen Röntgenstrahlen aussenden. Schließlich richten Forscher diese Impulse auf Objekte und Objekte, um Bilder ihrer inneren Struktur zu erhalten.

Die Fähigkeit von LCLS-II, die innere Struktur und Eigenschaften von Materialien zu beobachten Atom- und MolekülgrößePhysik, Chemie, Biologie und Ingenieurwesen können erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Materialien mit einzigartigen Eigenschaften haben.

Wissenschaftler können beispielsweise die Wechselwirkungen von Quantenmaterialien auf ihren natürlichen Zeitskalen untersuchen, was der Schlüssel zum Verständnis ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften und zum Bau energieeffizienter Geräte wie Quantencomputer mit Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung ist.

Die verbesserte Effizienz des Röntgenlasers wird voraussichtlich zu großen Fortschritten in allen Bereichen führen, von der Elektronik über die Energiespeicherung bis hin zur Luft- und Raumfahrttechnik.