Le laser à électrons libres de rayon X dur de laboratoire de SLAC a avec succès amélioré

July 27, 2020

En avril 2009, le laser à électrons libres du premier rayon X dur du monde (XFEL) a produit la première lumière au laboratoire national d'accélérateur de SLAC du Département de l'énergie des USA. La source lumineuse logique de Linac (LCLS) produit les impulsions de rayon X qui sont un milliard de fois plus lumineuses que n'importe quelle source lumineuse précédente. Depuis lors, sa représentation a apporté de nouvelles analyses dans beaucoup de domaines scientifiques, de créer « des films moléculaires » chimiques à étudier la structure et le mouvement des protéines d'une nouvelle génération des drogues et à simuler la « pluie de diamant » dans les planètes géantes de notre système solaire.  ».

Le laboratoire national d'accélérateur de SLAC a lancé le projet de LCLS-II en 2013 pour augmenter la puissance des lasers à rayon X par des milliers de périodes et pour produire d'un million d'impulsions par seconde. Actuellement, seulement 120 impulsions peuvent être produites par seconde. On s'attend à ce que la hausse de projet soit accomplie d'ici deux ans.

Le principe de travail du laser à électrons libres de rayon X dur est divisé en deux étapes. D'abord, il accélère le faisceau d'électrons puissant presque à la vitesse de la lumière. La poutre est alors passée par une série d'aimants avec précision accordés dans un dispositif appelé l'a hésitent, qui convertit l'énergie d'électrons en impulsions intenses des rayons X.

Ces impulsions sont seulement un millionième d'une seconde dans la longueur, de sorte qu'elles puissent capturer la naissance des liaisons chimiques et produire des images avec la résolution atomique. Le projet de LCLS-II prévoit d'installer un nouvel accélérateur pour le laboratoire qui peut employer la technologie supraconductrice cryogénique pour réaliser un taux sans précédent de répétition, et installe un nouveau hésitent qui peut avec précision commander le faisceau de rayons X.

Au cours de l'année et une moitié, le pulsateur original de LCLS dans le laboratoire a été remplacé par deux systèmes tous neufs avec des fonctions toutes neuves. Chaque dispositif de vague contient des milliers d'aimants qui prolongent plus de 100 mètres ; le champ magnétique qu'ils produisent est ensemble des dizaines de milliers de périodes plus fortes que le champ magnétique de la terre, et la force produite est équivalente à quelques tonnes de poids. En même temps, la structure de l'aimant ne tordra pas plus d'un centième de la largeur des cheveux.

Le dispositif de nouvelle vague a été conçu par le laboratoire national d'Argonne aux Etats-Unis et établi par Lawrence Berkeley National Laboratory, et au cours de l'année installé au laboratoire national d'accélérateur de SLAC. Les scientifiques au laboratoire d'accélérateur de SLAC peuvent guider les faisceaux d'électrons des accélérateurs existants de LCLS par la rangée d'aimant dans le nouvel undulator « de rayon X dur ». En juste quelques heures, ils ont produit du premier signal de rayon X et puis ont avec précision ajusté la configuration pour maximiser la représentation de laser à rayon X.

Henrik von der Lippe, directeur de l'ingénierie chez Berkeley Laboratories, a dit : « La génération de la première lumière est une étape importante très attendue. Cette installation scientifique permettra la nouvelle recherche scientifique. »