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Dec 20, 2023

이제 전자는 SLAC의 X에 전력을 공급할 초전도 가속기를 통해 이동합니다.

이제 이 시설은 전례 없는 초고휘도 엑스레이 방출을 앞두고 있습니다. 데이비드 크라우스(David Krause) 10년 이상의 연구 끝에 전자는 이제 새로운 초전도체를 통해 날아가고 있습니다.

이제 이 시설은 전례 없는 초고휘도 엑스레이 방출을 앞두고 있습니다.

데이비드 크라우스

10년 이상의 작업 끝에 전자는 이제 에너지부 산하 SLAC 국립 가속기 연구소의 새로운 초전도 가속기를 통과하여 세계에서 가장 강력한 X선 자유 전자 레이저에 전력을 공급할 준비를 하고 있습니다. LCLS-II(Linac Coherent Light Source II)로 명명된 이 프로젝트는 이제 원자 수준 과학 연구의 새로운 시대를 열 X선 플래시 출시에 한 발 더 다가섰습니다.

SLAC의 수석 과학자이자 그룹 리더인 Dan Gonnella는 "전자가 LCLS-II를 통과하는 것을 보는 것은 SLAC에서 매우 강력한 초전도 X선 기계의 소스를 만들려는 우리의 아이디어가 성공할 것이라는 증거입니다."라고 말했습니다. 액셀러레이터 부서에서 말했다. "우리는 우리 작업에 자신감을 갖고 있었지만, 첫 번째 전자가 실제로 그것을 통과하는 것을 보기 전까지는 황홀함을 느끼고 있습니다."

시설을 통해 전자를 보내기 위해 4개의 국립 연구소(Argonne, Berkeley Lab, Fermilab, Jefferson Lab)와 Cornell University의 직원들이 거의 10년 동안 협력하여 시설의 모든 차세대 구성 요소를 구축했습니다. 2019년에 팀은 최첨단 전자총을 설치했고, 작년에 승무원은 시설의 온도를 우주보다 낮은 2켈빈까지 낮추는 헬륨 냉각 플랜트를 가동했습니다.

LCLS-II는 SLAC의 기존 자유 전자 레이저 시설인 LCLS보다 10,000배 더 밝은 X선을 생성할 것입니다. 이는 우리 시대의 가장 긴급한 과학적 질문에 대해 이전에는 상상할 수 없었던 관점을 열어줄 역사적인 업그레이드입니다. 이 시설에서는 초당 100만 개의 X선 플래시를 방출할 예정이며, 이는 LCLS의 현재 초당 120개 플래시 속도보다 훨씬 더 많은 수치입니다. 더 밝고 더 빠른 X선 폭발을 통해 과학자들은 차세대 청정 연료를 위해 태양 에너지를 수확하기 위한 천연 솔루션을 적용하는 방법을 이해하고, 산업을 위한 지속 가능한 제조 방법을 발명하고, 차세대 약물을 설계하는 등의 과제를 해결할 수 있습니다. 우리 몸이 질병에 어떻게 반응하는지에 대한 분자 영화를 만드는 능력을 기반으로 합니다.

SLAC 전자 엔지니어링 관리자인 Andy Benwell은 "우리는 새로운 초전도 가속기에 대해 단지 몇 가지 질문에 답하는 것이 아니라 과학자들이 엄청나게 많은 질문에 답하도록 하고 있습니다."라고 말했습니다.

니오븀은 전자의 비행을 돕습니다.

LCLS-II의 극저온 작동 온도 덕분에 시설은 매우 효율적으로 작동하고 거의 0에 가까운 저항으로 전기를 전도할 수 있습니다. 그러나 저항이 거의 없는 가속기를 만들려면 풍력 터빈이나 제트 엔진과 같은 다른 유형의 기계에 사용되는 희토류 금속인 니오븀을 비롯한 특정 재료가 필요합니다.

LCLS-II의 경우 일련의 밝은 모래시계 모양의 니오븀 공동이 시설의 37개 극저온 모듈 내부의 전자를 가속합니다. 각 극저온 모듈에는 8개의 니오븀 공동이 있습니다. 즉, LCLS-II에는 약 300개의 공동이 있습니다. 이는 축구장 3개 길이만큼 확장할 수 있는 양입니다. 니오븀 공동은 전자가 언듈레이터 홀을 향해 거의 광속으로 날아갈 때까지 전자를 가속합니다. 여기서 전자는 정교하게 조정된 일련의 자석을 통과하여 지그재그 경로를 이동하고 X선 형태로 에너지를 방출합니다. 그런 다음 이러한 X선은 연구원들이 실험을 수행할 수 있도록 특수 장비 세트로 전달됩니다.

공동을 통해 LCLS-II는 연구자들이 자연의 원자 크기 프로세스에 대한 상세한 영상을 촬영할 수 있는 전례 없는 펄스 흐름을 제공할 수 있습니다. 이 영화는 LCLS에서 촬영한 사진보다 훨씬 더 높은 해상도를 갖게 됩니다. 즉, 기존 가속기보다 초당 프레임 수가 최대 8,000배 더 많습니다.

Gonnella는 “실시간 영화에서 원자와 분자의 움직임을 추적하는 것은 X선 과학의 새로운 지평을 열 것이며 전 세계에서 일어나는 실험에 획기적인 일이 될 것입니다.”라고 말했습니다.