Австралийский синхротрон

Австралийский синхротрон энергией 3 ГэВ, — это национальная установка синхротронного излучения с расположенная в Клейтоне , в юго-восточном пригороде Мельбурна , штат Виктория . Объект открылся в 2007 году и управляется Австралийской организацией ядерной науки и технологий . ^[1]^[2]

Австралийский синхротрон ANSTO представляет собой источник света (в отличие от коллайдера ), который использует ускорители частиц для производства пучка электронов высокой энергии , которые разгоняются почти до скорости света и направляются в накопительное кольцо , где они циркулируют в течение многих часов или даже дни подряд. Поскольку путь этих электронов отклоняется в накопителе либо изгибающими магнитами, либо вставными устройствами , они излучают синхротронный свет . Свет направляется на экспериментальные станции, содержащие специализированное оборудование, что позволяет выполнять ряд исследовательских задач, включая получение изображений с высоким разрешением, что невозможно в обычных лабораторных условиях. ^[3]

Австралийский синхротрон ANSTO поддерживает исследовательские потребности крупнейших университетов и исследовательских центров Австралии, а также предприятий, начиная от малых и средних предприятий и заканчивая транснациональными компаниями. В течение 2014–2015 годов австралийский синхротрон поддержал более 4300 посещений исследователей и около 1000 экспериментов в таких областях, как медицина, сельское хозяйство, окружающая среда, оборона, транспорт, передовое производство и горнодобывающая промышленность. ^[4]

В 2015 году правительство Австралии объявило о десятилетних инвестициях в размере 520 миллионов австралийских долларов в операции через ANSTO , Австралийскую организацию по ядерной науке и технологиям. ^[5]^[6] Ожидается, что солнечная энергосистема мощностью 1,5 МВт на крыше сэкономит 2 миллиона долларов на затратах на электроэнергию в течение 5 лет. ^[7]

В 2020 году его использовали для картирования молекулярной структуры вируса COVID-19 во время продолжающейся пандемии COVID-19 . ^[8]

Ускорительные системы

Интерьер австралийского синхротрона в 2006 году до установки лучей. На изображении доминирует накопительное кольцо с экспериментальной конечной станцией спереди справа. В середине накопителя находится разгонное кольцо и линейный ускоритель . ^[9]

Электронная пушка

Электроны, используемые для создания синхротронного света, сначала производятся в электронной пушке путем термоэлектронной эмиссии нагретого металлического катода. Эмитированные электроны затем ускоряются до энергии 90 кэВ (килоэлектронвольт ) с помощью потенциала 90 киловольт, приложенного к пушке, и попадают в линейный ускоритель.

Линейный ускоритель

Линейный ускоритель (или ускоритель) использует ряд ВЧ-резонаторов , работающих на частоте 3 ГГц, для ускорения электронного пучка до энергии 100 МэВ на расстоянии около 15 метров. Из-за природы этого ускорения луч необходимо разделить на отдельные пакеты или «пучки». Процесс группировки выполняется в начале линейного ускорителя с использованием нескольких полостей «группировки». Линак может ускорять луч каждую секунду. Далее в линейном ускорителе квадрупольные магниты, используются помогающие сфокусировать электронный луч.

Разгонный синхротрон

Бустер представляет собой электронный синхротрон , который принимает пучок с энергией 100 МэВ от линейного ускорителя и увеличивает его энергию до 3 ГэВ. Ускорительное кольцо имеет длину 130 метров в окружности и содержит один радиочастотный резонатор из 5 ячеек (работающий на частоте 500 МГц), который обеспечивает энергией электронный луч. Ускорение луча достигается за счет одновременного увеличения напряженности магнита и полей резонатора. Каждый цикл линейного изменения занимает примерно 1 секунду (для полного увеличения и уменьшения).

Кольцо для хранения

накопитель является конечным пунктом назначения ускоренных электронов. Его окружность составляет 216 метров, и он состоит из 14 практически одинаковых секторов. Каждый сектор состоит из прямого участка и дуги, каждая из которых содержит по два дипольных «изгибающих» магнита. Каждый дипольный магнит является потенциальным источником синхротронного света, и на большинстве прямых участков также можно разместить устройство ввода , что дает возможность использовать более 30 линий луча на австралийском синхротроне. Две прямые секции используются для размещения радиочастотных резонаторов накопителя с частотой 500 МГц, которые необходимы для возмещения энергии, которую луч теряет из-за синхротронного излучения. Накопитель также содержит большое количество квадрупольных и секступольных магнитов, используемых для фокусировки луча и цветности коррекции . Кольцо рассчитано на сохранение 200 мА тока силой и сроком службы луча более 20 часов.

Вакуумные системы

Электронный луч все время находится в очень высоком вакууме во время процесса ускорения и внутри накопительного кольца. Этот вакуум необходим, поскольку любые столкновения луча с молекулами газа быстро ухудшают качество луча и сокращают срок его службы. Вакуум достигается путем заключения балки в систему труб из нержавеющей стали, при этом многочисленные системы вакуумных насосов постоянно работают для поддержания высокого качества вакуума. Давление внутри накопительного кольца обычно составляет около 10 ⁻¹³ бар (10 нПа ).

Система управления

Каждый цифровой и аналоговый канал ввода-вывода связан с записью базы данных в специализированной распределенной системе баз данных с открытым исходным кодом , называемой EPICS (Система экспериментальной физики и промышленного управления).Состояние системы отслеживается и контролируется путем подключения специализированных графических интерфейсов к указанным записям базы данных.В базе данных имеется около 171 000 записей (также известных как переменные процесса), многие из которых относятся к физическому вводу-выводу. Около 105 000 из них постоянно архивируются с интервалом от десятых долей секунды до минут.

Некоторый высокоуровневый контроль физических параметров пучка обеспечивается с помощью MATLAB , который также предоставляет инструменты анализа данных и интерфейс с компьютеризированной моделью ускорителя.Защита персонала и оборудования достигается за счет использования систем на базе ПЛК , которые также передают данные в EPICS.

Beamlines также используют EPICS в качестве основы для управления.

Каналы австралийского синхротрона

Линия мягкого рентгеновского излучения и конечная станция

Линия визуализации и медицинской помощи (IMBL)
Канал рентгеновской флуоресцентной микроскопии (XFM)
Линии макромолекулярной и микрокристаллографии (MX1 и MX2) ( кристаллография белков )
Канал инфракрасной микроскопии (IRM)
Линия луча спектроскопии дальнего инфракрасного диапазона, ТГц (ТГц)
Канал мягкой рентгеновской спектроскопии (SXR)
Линия мало- и широкоугольного рентгеновского рассеяния (SAXS/WAXS)
Канал рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS)
Линия порошковой дифракции (ПД)
Микрокомпьютерная томография (МКТ)
Рентгеновская абсорбционная спектроскопия средней энергии (MEX1 и MEX2)

Строящиеся лучи (по состоянию на 2023 г.)

Биологическое малоугловое рассеяние (BioSAXS)
Расширенная дифракция и рассеяние (ADS1 и ADS2)
Рентгенофлуоресцентный Нанозонд (Нано)
Высокоэффективная макромолекулярная кристаллография (MX3)

См. также

Список объектов синхротронного излучения

Ссылки

^ Официальное расписание веб-трансляций открытия и архивный сайт , 31 июля 2007 г.
^ «Ученые представят монстр-синхротрон» , ABC News , 31 июля 2007 г.
^ «Кейс-исследования» . Industry.synchrotron.org.au . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 4 ноября 2015 г.
^ «Австралийский синхротрон: годовой отчет за 2015 год» (PDF) . Австралийский синхротрон . Проверено 23 марта 2016 г.
^ «Синхротронный свет будет сиять ярче в течение следующего десятилетия» . 7 декабря 2015 г.
^ Австралийская организация ядерной науки и технологий
^ «Австралийский ядерный объект установил огромную солнечную систему на крыше, чтобы сэкономить 2 миллиона долларов» . ОбновитьЭкономику . 7 марта 2024 г.
^ Макгинн, Кристина (30 марта 2020 г.). «Австралийские эксперты «открывают» лекарство от COVID-19» . Австралиец . Проверено 31 марта 2020 г.
^ «Информационный бюллетень об австралийской синхротронной машине» . Архивировано из оригинала 3 июля 2014 года.

Внешние ссылки

Веб-сайт австралийского синхротрона
- Программное обеспечение статуса объекта. Архивировано 25 апреля 2013 г. на Wayback Machine - обновляется каждую минуту.
ANSTO, веб-сайт Австралийской организации ядерной науки и технологий.
Lightsources - сайт о синхротронах мира
«Австралийский синхротрон великолепен… но что он делает?» в The Conversation , март 2012 г.
Деконструкция австралийского синхротрона в симметрии журнале ( Fermilab / SLAC ), май 2006 г.

37 ° 54'51 "ю.ш., 145 ° 08'34" в.д. / 37,914092 ° ю.ш., 145,142649 ° в.д. / -37,914092; 145,142649

[1] Официальное расписание веб-трансляций открытия и архивный сайт , 31 июля 2007 г.

[2] «Ученые представят монстр-синхротрон» , ABC News , 31 июля 2007 г.

[3] «Кейс-исследования» . Industry.synchrotron.org.au . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 4 ноября 2015 г.

[4] «Австралийский синхротрон: годовой отчет за 2015 год» (PDF) . Австралийский синхротрон . Проверено 23 марта 2016 г.

[5] «Синхротронный свет будет сиять ярче в течение следующего десятилетия» . 7 декабря 2015 г.

[6] Австралийская организация ядерной науки и технологий

[7] «Австралийский ядерный объект установил огромную солнечную систему на крыше, чтобы сэкономить 2 миллиона долларов» . ОбновитьЭкономику . 7 марта 2024 г.

[mcginn-8] Макгинн, Кристина (30 марта 2020 г.). «Австралийские эксперты «открывают» лекарство от COVID-19» . Австралиец . Проверено 31 марта 2020 г.

[9] «Информационный бюллетень об австралийской синхротронной машине» . Архивировано из оригинала 3 июля 2014 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]