Центр синхротронного излучения
 | |
| Девиз | «Освещая путь к научным открытиям» |
|---|---|
| Учредил | 1968 - 2014 |
| Тип исследования | Источник синхротронного света |
| Директор | Джозеф Черчиано |
| Расположение | Стоутон, Висконсин , США 42 ° 57'40 "N 89 ° 17'26" W / 42,9611 ° N 89,2905 ° W |
Операционное агентство | Университет Висконсина-Мэдисона |
| Веб-сайт | www |
Центр синхротронного излучения (SRC), расположенный в Стоутоне , штат Висконсин и управляемый Университетом Висконсин-Мэдисон , был национальным исследовательским центром синхротронного излучения Аладдина , управляющим накопительным кольцом . С 1968 по 1987 год в SRC располагался «Тантал», первое накопительное кольцо, предназначенное для производства синхротронного излучения . [1]
История
[ редактировать ]Дорога в SRC: 1953–1968 гг.
[ редактировать ]В 1953 году 15 университетов сформировали Исследовательскую ассоциацию университетов Среднего Запада (MURA) для продвижения и разработки протонов синхротрона высокой энергии , который будет построен на Среднем Западе . С намерением построить большой ускоритель MURA приобрела подходящий участок земли с плоским основанием из известняка недалеко от Стоутона, штат Висконсин, примерно в 10 милях (16 км) от Мэдисонского кампуса Университета Висконсина.
Первым ускорителем MURA был синхротрон на 45 МэВ, построенный в бетонном подземном «хранилище», в основном для целей радиационной защиты . Небольшое кольцо для хранения электронов, работающее при энергии 240 МэВ, было спроектировано Эдом Роу и его сотрудниками в качестве испытательной установки для изучения больших токов, а строительство этого кольца началось в 1965 году. Однако в 1963 году президент Джонсон решил, что следующий большой ускорительный комплекс будет построен не на площадке MURA, а в Батавии , штат Иллинойс ; это стала Фермилаб . В 1967 году MURA распалась из-за незавершенного накопителя и без дальнейшего финансирования. [2] Исследователи, чувствуя себя дразнящими судьбу (и поддержку правительства), назвали машину в честь мифологического персонажа Тантала , прославившегося своим вечным наказанием за то, что он стоял под фруктовым деревом, а плоды постоянно ускользали от его рук. [3]
В 1966 году подкомитет Национального исследовательского совета, изучавший свойства синхротронного излучения кольца с энергией 240 МэВ, рекомендовал использовать его в качестве инструмента для спектроскопии. Успешное предложение было сделано Управлению научных исследований ВВС США , и кольцо было завершено в 1968 году. [2] — первый накопитель, предназначенный для получения синхротронного излучения. [1]
После закрытия MURA для управления объектом была создана новая организация: Центр синхротронного излучения (SRC), находящийся в ведении Университета Висконсина. [2]
Тантал: 1968–1987 гг.
[ редактировать ]
Тантал имел окружность чуть более 9 метров (30 футов) и при энергии 240 МэВ имел критическую энергию чуть менее 50 эВ. Он получил свой первый сохраненный луч в марте 1968 года. Первоначальные операции были очень трудными: полезный луч работал всего около 5 часов в неделю, а ток составлял менее 1 мА. Первоначальные пользователи представляли три группы, которые по очереди использовали свои коммерческие монохроматоры на одном доступном канале луча . [2] 7 августа 1968 года эта первая специализированная установка синхротронного излучения на основе накопительного кольца предоставила свои первые данные, когда Ульрих Герхардт из Чикагского университета провел одновременные отражения и поглощения измерения CdS в диапазоне длин волн 1100–2700 Å . [4]
В 1972 году здание было расширено для размещения новых пучков, и к 1973 году в нем было десять портов, а ток пучка достигал примерно 50 мА. Новый инжектор, микротрон на 40 МэВ , был установлен в качестве инжектора в 1974 году, заменив оригинальный ускоритель MURA, который использовался до этого момента, и в течение года токи превысили 150 мА, обычно с более чем 30 часами излучения в неделю. В 1977 году был достигнут запасенный луч в 260 мА. В октябре 1974 года Национальный научный фонд взял на себя финансирование ВВС.
Первоначальные монохроматоры были коммерческими приборами с недостатками для использования в синхротроне. SRC начал программу разработки приборов, чтобы воспользоваться уникальными свойствами синхротронного излучения и сделать лучи доступными для пользователей, не имеющих собственных инструментов. Такие пользователи стали известны как «обычные пользователи», а группы с собственными каналами стали известны как участвующие исследовательские группы (PRT). [2] Эта модель стала широко использоваться на других объектах, где PRT также называются сотрудничающими группами доступа (CAT) и сотрудничающими исследовательскими группами (CRG). PRT широко использовались американскими учеными на объектах США, но к 2010 году они вышли из моды. Однако CRG в Европе остается важным и успешным средством гибкого доступа. [5]
За два десятилетия Тантал провел сотни экспериментов и стал испытательным полигоном для многих синхротронных методов, которые до сих пор используются. Нынешние синхротронные установки могут быть очень большими, в отличие от Танталуса, и его небольшое здание даже после расширения в 1972 году было переполнено оборудованием и исследователями. Пользователи работали в очень тесном помещении, и непосредственная близость в сочетании с относительной изоляцией объекта делала неизбежным взаимное обогащение идеями. Атмосфера была открытой, дружелюбной и неформальной, хотя и не особенно комфортной физически. Система отопления в одной туалетной комнате не работала, поэтому, чтобы избежать замерзания труб, пользователи просто оставляли дверь широко открытой. После того, как кто-то разместил табличку, предупреждающую пользователей о политике, начался международный конкурс, в котором каждый человек переводил сообщение на свой язык. Копия этого знака была включена в запрос на финансирование NSF как свидетельство растущего международного влияния Танталуса.
В исследованиях тех первых лет доминировала оптическая спектроскопия . В 1971 году исследовательская группа IBM получила первые фотоэлектронные спектры с использованием Тантала, что стало важной вехой в развитии фотоэмиссионной спектроскопии как исследовательского инструмента. Возможность настройки излучения позволила исследователям распутать электронные свойства основного состояния материала. В середине 1970-х годов возрастающий ток луча из кольца дал уровни интенсивности, достаточные для фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением , при этом совместная группа Bell Labs и Университета штата Монтана провела самые ранние эксперименты. В качестве экспериментального метода фотоэмиссия с угловым разрешением быстро развивалась и оказала важное концептуальное влияние на физику конденсированного состояния . Газофазная спектроскопия была еще одним успешным направлением деятельности SRC, начавшимся с первых исследований поглощения благородных газов . [6]
Когда новое накопительное кольцо Аладдина заработало, Тантал был официально выведен из эксплуатации в 1987 году, хотя летом 1988 года он работал в течение шести недель для экспериментов по атомной и молекулярной флуоресценции. Накопительное кольцо было разобрано в 1995 году, и половина кольца, ВЧ-резонатор и один из первоначальных пучков сейчас находятся на хранении в Смитсоновском институте . [2]
Аладдин, ранние годы: 1976–1986.
[ редактировать ]
В 1976 году SRC представил NSF предложение по накопителю на 750 МэВ в качестве интенсивного источника ВУФ и мягкого рентгеновского излучения с энергией более 1 кэВ. Это предложенное кольцо было названо Аладдин. [7] Финансирование нового кольца было получено от NSF, штата Висконсин и Фонда исследований выпускников штата Висконсин (WARF). Окончательный проект представлял собой кольцо из четырех прямых секций с энергией 1 ГэВ и окружностью 89 метров (292 фута), а строительство некоторых компонентов началось в 1978 году. 2 ) Строительство здания для размещения объекта началось в апреле 1979 года. Первоначальная запланированная дата хранения первого балка была октябрь 1980 года. [8]
Фаза строительства «Аладдина» завершилась в 1981 году, но к концу 1984 года SRC не смогла завершить ввод объекта в эксплуатацию, поскольку максимальный запасаемый ток составлял 2,5 мА, что слишком мало для обеспечения полезной силы света. Эксперты ускорителя, рассматривающие проект, рекомендовали добавить бустерный синхротрон стоимостью 25 миллионов долларов США (что эквивалентно 73,32 миллиона долларов США в 2023 году). В мае 1985 года, после обзора, проведенного Л. Эдвардом Темплом из Министерства энергетики , который рекомендовал еще один период исследований, пока трудности не будут устранены, директор NSF Эрик Блох принял решение не только против модернизации, но и против продолжения финансирования операций «Аладдина». [9] SRC продолжал работать за счет существующего финансирования Танталуса со стороны NSF и средств WARF. Университет Висконсина ясно дал понять, что продолжит финансировать «Аладдина» только до июня 1986 года, ситуацию, которую в кампусе охарактеризовали как « Опасности Полины» . Одновременно с этими событиями была решена техническая проблема, ограничивающая производительность машины, и через три месяца после решения о прекращении финансирования NSF были достигнуты токи 40 мА. К июлю 1986 года этот ток превысил 150 мА, и финансирование Национального научного фонда было восстановлено. [10]
Закрытие
[ редактировать ]Финансирование Национального научного фонда прекратилось в 2011 году. [ нужна ссылка ] Университет Висконсина выделил SRC 2 миллиона долларов США (что эквивалентно 2,71 миллиона долларов США в 2023 году) на поддержание работы объекта до июня 2013 года, пока искалось новое финансирование. Наибольшие сокращения бюджета коснулись образования, информационно-просветительской работы и поддержки внешних пользователей. К январю 2012 года учреждение потеряло около трети своего персонала из-за выхода на пенсию и увольнений. [11] В феврале 2014 года директор учреждения объявил, что центр закрывается. [12] Окончательный пробег балки был завершен 7 марта 2014 года, после чего начался процесс демонтажа и утилизации оборудования. [13]
Исторический проект SRC
[ редактировать ]В рамках проекта, завершенного в 2011 году, были собраны устные истории и исторические документы, связанные с SRC. Они были переданы на хранение в архивы Университета Висконсин-Мэдисон, а оцифрованные копии некоторых материалов доступны в Интернете. [14]
Премия Дж. Дж. Лапейра
[ редактировать ]В 1973 году хранилище, в котором хранился Тантал, расширялось, и во время пикника на объекте обрушился ливень, и хранилище начало затопляться. Джерри Лапейр из Университета штата Монтана использовал лабораторный трактор для строительства земляных валов для отвода воды. Его усилия побудили тогдашнего директора Роу учредить ежегодную премию Дж. Дж. Лапейра, которая вручается «тому, кто встретил и преодолел величайшее препятствие на пути своих исследований». У трофея было восьмиугольное основание, изображающее Тантала, с банкой пива из лабораторного пикника, предшествовавшего наводнению, увенчанной бетонной «каплей дождя». [15]
Техническое описание
[ редактировать ]Каналы
[ редактировать ]| Имя | Порт назначен [16] | Источник | Энергетический диапазон (эВ, если не указано иное) | Использование |
|---|---|---|---|---|
| 10 м ТГМ | 123 | 210–800 | ||
| 4 млн нимов | 081 | 4–62 | ||
| 6м ТГМ | 042 | 8–200 | ||
| Эймс-Монтана ERG-Сейя | 053 | 5–1,000 | ||
| DCM | 093 | 1,500–4,000 | ||
| ГЕРМОН | 033 | 62–1,400 | ||
| Инфракрасный | 031 | Изгибающий магнит | 650–8000 см. −1 | Инфракрасная спектромикроскопия |
| ИРЕН | 02 | Изгибающий магнит | 850–5500 см. −1 [17] | Инфракрасная спектромикроскопия |
| Марк V Кузнечик | 043 | 32–900 | ||
| Nanotech ES-1 Устойчивость к воздействию | 032 | 1,000–4,000 | ||
| Нанотех ES-2 Высокопоточный | 112 | 1,000–2,400 | ||
| Нанотех ЭС-5 СУСС 200/2М | 121 | 1000–2200 | ||
| Нанотех САЛ МОД 4 | 113 | 1,000–2,400 | ||
| Ондулятор PGM на U3 | 071 | 8–245 (филиал А) 8–180 (филиал Б) | ||
| Нержавеющая сталь Сейя | 051 | 5–35 | ||
| U11 Нанотехнологическая линия EUV Beamline | 111 | 60–100 | ||
| У2 ВЛС-ПГМ | 041 | 70–2,000 | ||
| U2 Уодсворт | 041 | 7.8–40 | ||
| У9 ВЛС-ПГМ | 091 | 11.9–270 | ||
| Undulator 4m NIM on U1 | 011 | 5.9–40 | ||
| Белый свет | 061 | 1–1,400 |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Вилле, К. (1991). «Источники синхротронного излучения». Отчеты о прогрессе в физике . 54 (8): 1005–1068. Бибкод : 1991РПФ...54.1005Вт . дои : 10.1088/0034-4885/54/8/001 . S2CID 250854556 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Линч, Д.В. (1997). «Тантал, специальный источник синхротронного излучения на 240 МэВ, 1968–1986» . Журнал синхротронного излучения . 4 (6): 334–343. дои : 10.1107/S0909049597011758 . ПМИД 16699248 .
- ^ « Источник синхротронного излучения «Тантал» . Центр Лемельсона по изучению изобретений и инноваций . Сентябрь 1995 года.
- ^ Роу, Э.М. «Начало под одиноким холмом» . Центр синхротронного излучения . Архивировано из оригинала 17 октября 2017 г.
- ^ Синха, Сунил К.; Глайд, Генри; Брайбер, Роберт; Таката, Масаки (2010). «Доступ к основным международным объектам». Новости синхротронного излучения . 23 (2): 33–38. Бибкод : 2010SRNew..23...33S . дои : 10.1080/08940881003702064 . S2CID 122180032 .
- ^ Маргаритондо, Джорджио (2008). «Эволюция специального синхротронного источника света». Физика сегодня . 61 (5): 37–43. Бибкод : 2008ФТ....61е..37М . дои : 10.1063/1.2930734 . S2CID 67833433 .
- ^ «Предложение Национальному научному фонду о расширении Центра синхротронного излучения Университета Висконсин-Мэдисон» . Документы Центра синхротронного излучения . Декабрь 1976 г. hdl : 1793/53090 . Проверено 4 августа 2012 г.
- ^ Роу, Эднор М. (1980). «Накопитель электронов Аладдина». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 342 (1 Ultrasoft X – R): 334–343. Бибкод : 1980NYASA.342...35R . дои : 10.1111/j.1749-6632.1980.tb47205.x . S2CID 85388195 .
- ^ Робинсон, Артур Л. (1985). «NSF отключает источник синхротрона в Висконсине». Наука . 228 (4706): 1410. Бибкод : 1985Sci...228.1410R . дои : 10.1126/science.228.4706.1410 . ПМИД 17814477 .
- ^ Гудвин, Ирвин (1986). «Для синхротронного кольца Висконсина будущее светлое». Физика сегодня . 39 (7): 49. Бибкод : 1986ФТ....39г..49Г . дои : 10.1063/1.2815077 .
- ^ Зифф, Дебора (23 января 2012 г.). «Догоняем: работа продолжается, несмотря на сокращение финансирования Центра синхротронного излучения» . Государственный журнал Висконсина . Проверено 6 августа 2012 г.
- ^ Бизоньяно, Джо. «Статус SRC: важное сообщение от нашего директора» . Архивировано из оригинала 29 декабря 1996 года . Проверено 21 февраля 2014 г.
- ^ Бизоньяно, Джо. «Расстановка оставшегося оборудования СРЦ» . Архивировано из оригинала 29 декабря 1996 года . Проверено 10 марта 2014 г.
- ^ «История СРК» . Центр синхротронного излучения . Архивировано из оригинала 17 октября 2017 г.
- ^ Лапейр, Джеральд Дж. (1994). «Развитие фотоэмиссии синхротронного излучения от фотоионизации до электронной голографии». Ядерные приборы и методы А . 347 (1–3): 17–30. Бибкод : 1994NIMPA.347...17L . дои : 10.1016/0168-9002(94)91848-1 .
- ^ «Характеристики луча» . Центр синхротронного излучения . Архивировано из оригинала 17 октября 2017 г.
- ^ «Порт 02 — визуализация FPA в среднем ИК-диапазоне (IRENI)» (PDF) . Центр синхротронного излучения . Июнь 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2017 г.
