Алмазный источник света
 | |
 Здание алмазного источника света | |
| Учредил | 2001 |
|---|---|
Тип лаборатории | Национальная научно-исследовательская лаборатория |
| Расположение | Чилтон , Оксфордшир , Великобритания, Англия 51 ° 34'28 "N 1 ° 18'39" W / 51,57444 ° N 1,31083 ° W |
| Веб-сайт | www |
| Карта | |
  Расположение в Оксфордшире | |
Diamond Light Source (или Diamond ) — национальный научный центр Великобритании по изучению источников синхротронного света , расположенный в Харвеллском научно-инновационном кампусе в Оксфордшире .
Его цель — создавать интенсивные лучи света , особые характеристики которых полезны во многих областях научных исследований. В частности, его можно использовать для исследования структуры и свойств широкого спектра материалов: от белков (чтобы предоставить информацию для разработки новых и лучших лекарств) до инженерных компонентов (таких как лопасть вентилятора авиационного двигателя). [1] ) сохранению археологических артефактов (например, Генриха VIII флагманского корабля « Мэри Роуз») . [2] [3] ).
В мире существует более 50 источников света. [4] Алмазный синхротрон средней энергии с энергией 3 ГэВ в настоящее время работает с 32 лучами .
Проектирование, строительство и финансы
[ редактировать ]
Синхротрон «Даймонд» — крупнейший научный объект, построенный на средства Великобритании со времен протонного синхротрона «Нимрод» , который был расположен в лаборатории Резерфорда Эпплтона в 1964 году. Соседние объекты включают источник нейтронов и мюонов ISIS , Центральную лазерную установку и лаборатории в Харвелле и Калхэме (включая проект Joint European Torus (JET)). Он заменил источник синхротронного излучения — синхротрон второго поколения в лаборатории Дарсбери в Чешире.
Diamond выпустил свой первый пользовательский луч в конце января 2007 года и был официально открыт королевой Елизаветой II 19 октября 2007 года. [5] [6]
Строительство
[ редактировать ]Проектное исследование в 1990-х годах было завершено в 2001 году учеными из Дарсбери, а строительство началось после создания управляющей компании Diamond Light Source Ltd. [7]
Затраты на строительство в размере 260 миллионов фунтов стерлингов покрыли здание синхротрона, ускорители внутри него, первые семь экспериментальных станций (лучевые линии) и прилегающий офисный блок Diamond House.
Управление
[ редактировать ]Объект находится под управлением компании Diamond Light Source Ltd. [8] совместное предприятие , созданное в марте 2002 года. Компания получает 86% финансирования от правительства Великобритании через Совет по науке и технологиям (STFC) и 14% от Wellcome Trust .
Синхротрон
[ редактировать ]
Алмаз генерирует синхротронный свет на длинах волн от рентгеновских лучей до дальнего инфракрасного диапазона . Это также известно как синхротронное излучение и представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое заряженными частицами, движущимися со скоростью, близкой к скорости света , когда их путь отклоняется от прямой линии. [9] Его используют в огромном количестве экспериментов по изучению структуры и поведения самых разных типов материи.
Частицы, которые использует Даймонд, представляют собой электроны , движущиеся с энергией 3 ГэВ. [10] окружностью 561,6 м вокруг накопителя . Это не настоящий круг, а 48-гранный многоугольник с изгибающимся магнитом в каждой вершине и прямыми участками между ними. [11] Изгибающие магниты представляют собой дипольные магниты , магнитное поле которых отклоняет электроны, направляя их по кольцу. Поскольку Diamond — это источник света третьего поколения. [ нужны дальнейшие объяснения ] он также использует специальные массивы магнитов, называемые устройствами вставки . Это заставляет электроны колебаться, и именно их внезапное изменение направления заставляет электроны испускать исключительно яркий луч электромагнитного излучения, более яркий, чем одиночный изгиб при прохождении через изгибающий магнит. Это синхротронный свет, используемый для экспериментов. Однако в некоторых лучах используется свет исключительно от изгибающего магнита без необходимости использования устройства для введения.
Электроны достигают этой высокой энергии через ряд ступеней предварительного ускорителя, прежде чем инжектироваться в накопительное кольцо на 3 ГэВ:
- электронная пушка – 90 кэВ
- на 100 МэВ линейный ускоритель
- на энергию 100 МэВ – 3 ГэВ бустерный синхротрон (длина окружности 158 м).
Алмазный синхротрон расположен в серебряном тороидальном здании окружностью 738 м, занимающем площадь более 43 300 квадратных метров, или площадь более шести футбольных полей . Он содержит накопительное кольцо и ряд лучевых линий . [12] с линейным ускорителем и разгонным синхротроном, расположенными в центре кольца. Эти лучи представляют собой экспериментальные станции, где взаимодействие синхротронного света с веществом используется в исследовательских целях. Когда Diamond был введен в эксплуатацию в 2007 году, было доступно семь линий луча, и по мере продолжения строительства в эксплуатацию вводились новые. По состоянию на апрель 2019 года в эксплуатации находилось 32 канала. В конечном итоге Diamond предназначен для размещения около 33 лучей, поддерживающих науки о жизни, физике и окружающей среде.
Даймонд также является домом для одиннадцати электронных микроскопов . Девять из них являются криоэлектронными микроскопами, специализирующимися на науках о жизни, в том числе два предоставлены для промышленного использования в сотрудничестве с Thermo Fisher Scientific; оставшиеся два микроскопа предназначены для исследования современных материалов. [13]
Тематические исследования
[ редактировать ]- В сентябре 2007 года ученые из Кардиффского университета под руководством Тима Уэсса обнаружили, что Алмазный синхротрон можно использовать для просмотра скрытого содержания древних документов путем освещения, не открывая их (проникая в слои пергамента ). [14] [15]
- В ноябре 2010 года данные, собранные в Даймонде Имперским колледжем Лондона, легли в основу статьи в журнале Nature, продвигающей понимание того, как ВИЧ и другие ретровирусы заражают клетки человека и животных. [16] [17] Полученные результаты могут позволить улучшить генную терапию для исправления генетических нарушений.
- В июне 2011 года данные Даймонда привели к появлению в журнале Nature статьи, подробно описывающей трехмерную структуру белка рецептора гистамина H1 человека . Это привело к разработке антигистаминных препаратов «третьего поколения» — препаратов, эффективных против некоторых видов аллергии без побочных эффектов. [18] [19]
- В декабре 2017 года Великобритания учредила организацию «Синхротронные методы для африканских исследований и технологий» (СТАРТ), получив 3,7 миллиона фунтов стерлингов, финансируемых Британским управлением исследований и инноваций на 3 года. Целью START было предоставление доступа африканским исследователям, специализирующимся на энергетических материалах и структурной биологии. Этот шаг является круговым для создания первого африканского источника света . [20] [21]
- Опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences в апреле 2018 года, совместная работа пяти учреждений, включая ученых из Diamond, использовала три макромолекулярных пучка Diamond, чтобы выяснить подробности того, как бактерия использует пластик в качестве источника энергии. Данные высокого разрешения позволили исследователям определить работу фермента, который разлагает пластиковый ПЭТ . Впоследствии было проведено компьютерное моделирование для исследования и, таким образом, улучшения этого механизма. [22]
- В статье, опубликованной в журнале Nature в 2019 году, описывалось, как всемирное междисциплинарное сотрудничество разработало несколько способов контроля металлических наночастиц, включая синтез со значительно сниженной стоимостью для использования в качестве катализаторов для производства товаров повседневного спроса. [23]
- Исследования, проведенные в Diamond Light Source в 2020 году, помогли определить атомную структуру SARS‑CoV‑2 , вируса, ответственного за COVID-19 . [24]
- В 2023 году Diamond Light Source отсканировал папирусы Геркуланума, включая свиток PHerc. Париж. 4 для облегчения неинвазивного дешифрования посредством машинного обучения . [25]
См. также
[ редактировать ]- Список объектов синхротронного излучения
- Источник синхротронного излучения (ИСИ)
- Европейская установка синхротронного излучения (ESRF)
- МАКС IV
- БЕССИ
- ДЭЗИ
- СОЛНЦЕ
- Канадский источник света (CLS)
- Электра Синхротрон
- Африканский источник света (AfLS)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Diamond и Rolls-Royce освещают самую большую в мире синхротронную сцену
- ^ Высокотехнологичные решения по консервации старого военного корабля - Diamond Lights Source
- ^ Подкаст - Доктор Марк Джонс из The Mary Rose Trust обсуждает свое исследование.
- ^ « Lightsources.org : Источники света мира» . 2019 . Проверено 5 октября 2019 г.
- ^ Diamond News: Ее Величество Королева официально открывает алмазный источник света
- ^ « Для бизнеса открывается «Супермасштаб»» . 5 февраля 2007 г.
- ^ Название DIAMOND было первоначально придумано Майком Пулом (создателем проекта DIAMOND) и представляло собой аббревиатуру, означающую DIpole And Multipole Output for the Nation в Дарсбери. Поскольку сейчас это место находится в Оксфордшире, а не в Дарсбери, название отражает одновременно жесткий (имеется в виду «жесткий» рентгеновский диапазон электромагнитного спектра ) и яркий синхротронный свет.
- ^ Diamond Light Source Ltd. Архивировано 7 июля 2013 г. в Wayback Machine.
- ^ Строго говоря, когда они испытывают ускорение, перпендикулярное направлению их движения.
- ^ Эквивалентно ускорению их напряжением 3 миллиарда вольт; 1 электронвольт — это энергия, которую приобретает электрон при ускорении разностью потенциалов в 1 вольт.
- ^ «Внутри алмаза» (PDF) . Алмазный источник света. 2015. Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2018 года . Проверено 5 октября 2019 г.
- ^ «Текущий список Алмазных Beamlines» . Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 года . Проверено 9 августа 2011 г.
- ^ «Разработка линии луча и техническое резюме — алмазный источник света» . www.diamond.ac.uk . Проверено 5 октября 2019 г.
- ^ « Супер-прицел для просмотра скрытых текстов» . 13 сентября 2007 г.
- ^ «Алмаз: Разгадка тайн древних пергаментов» . Архивировано из оригинала 8 августа 2011 года . Проверено 9 августа 2011 г.
- ^ Diamond News: Рентгеновские лучи освещают механизм, используемый ВИЧ для атаки на ДНК человека.
- ^ Мартенс, Геделе Н.; Заяц, Стивен; Черепанов, Петр (2010). «Механизм интеграции ретровирусов из рентгеновских структур его ключевых интермедиатов» . Природа . 468 (7321): 326–329. Бибкод : 2010Natur.468..326M . дои : 10.1038/nature09517 . ПМЦ 2999894 . ПМИД 21068843 .
- ^ Diamond News: Прорыв в области гистаминовых рецепторов H1 предвещает улучшение лечения аллергии
- ^ Симамура, Тацуро (2011). «Структура человеческого комплекса гистаминовых рецепторов H1 с доксепином» . Природа . 475 (7354): 65–70. дои : 10.1038/nature10236 . ПМК 3131495 . ПМИД 21697825 .
- ^ «GCRF-START: Синхротронные методы для африканских исследований и технологий» .
- ^ Никлин, Крис; Стредвик, Ребекка; Сьюэлл, Тревор (2 января 2022 г.). «Синхротронные методы для африканских исследований и технологий: шаг вперед в структурной биологии и энергетических материалах» . Новости синхротронного излучения . 35 (1): 14–19. Бибкод : 2022SRNew..35a..14N . дои : 10.1080/08940886.2022.2043684 . ISSN 0894-0886 . S2CID 247431515 .
- ^ Алмазный источник света. «Решение проблемы загрязнения пластиком на горизонте – алмазный источник света» . www.diamond.ac.uk . Проверено 5 октября 2019 г.
- ^ «Всемирное научное сотрудничество привело к прорыву в области катализа - алмазному источнику света» . www.diamond.ac.uk . Проверено 5 октября 2019 г.
- ^ « Синхротроны на переднем крае борьбы с коронавирусом » . 2020 . Проверено 3 июля 2021 г.
- ^ Лаура Геггель (7 февраля 2024 г.). «Свиток, обугленный во время извержения Везувия, частично расшифрован, что принесло исследователям премию в 700 000 долларов» . www.livscience.com . Проверено 8 февраля 2024 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Официальный сайт
- Алмаз: британский ответ на статью в журнале Large Hadron Collider Guardian, описывающую машину и ее применение.
