지난 주 유럽 싱크로트론 방사선 시설 (ESRF)의 공무원들이 완전히 재건 된 X- 레이 소스의 재개를 발표 한 프랑스 그레노블 (Grenoble)에서 화려한 새로운 빛이 빛납니다. 주위에 844 미터 인 고리 모양의 기계는 이전 모델보다 100 배 더 밝고 X- 레이 빔을 의료 X- 레이보다 10 조 더 밝습니다. 강렬한 방사선은 개별 세포를 해결하면서 3 차원의 전체 기관을 영상화하는 것과 같은 X- 레이 과학에서 새로운 전망을 열 수 있습니다.
7 월 8 일 온라인 기자 회견에서 실험실의 프란체스코 세트 (Francesco Sette) 사무 총장은“조명은 ESRF로 돌아왔다”고 말했다. Reborn Synchrotron은 EBS (Brilliant Source)라고 불렀으며 8 월 말에 일반 사용자에게 공개 될 예정이지만 4 월부터 연구원들은 강렬한 빔을 사용하여 Covid-19 Pandemic을 담당하는 바이러스 인 SARS-COV-2를 연구했습니다. 그리고 EBS는 미국, 일본 및 수십 개의 다른 국가가 비슷한 기계를 개발함에 따라 다른 사람들을위한 길을 밝히고 있습니다.
싱크로트론은 고리 모양의 가속기로 전자와 같은 하전 입자를 고 에너지와 가까운 조명 속도로 향상시킵니다. 머리 위로 빙빙 돌면 물방울 방울처럼, 순환 전자는 전자에 충분한 에너지가있는 경우 X- 레이를 포함하여 광자를 방출합니다. 1950 년대에 과학자들은 입자 물리 실험을 위해 구축 된 전자 가속기로부터 X- 레이를 사이펀하기 시작했습니다. 전용 X- 레이 싱크로트론은 1980 년대에 뒤이어서 Wigglers라는 자석을 사용하여 전자를 흔들었을 때 전자를 흔들어 더 많은 X- 레이를 생산할 수있었습니다. 1990 년대에, 더 나은 싱크로트론은 순환 전자를 더 조화롭고 효과적으로 흔들리는 undulator라는 자석으로 데뷔했습니다.
전 세계의 전 세계에 걸쳐 다양한 에너지의 수십 개의 싱크로트론이 이제 더 긴 자외선 파장에서 짧은 "하드"엑스레이에 이르기까지 광을 크랭크하여 화학 및 재료 과학에서 지질학 및 미술사에 이르기까지 매년 55,000 명 이상의 사용자에게 서비스를 제공합니다. 초강성 X- 선의 폭발은 단백질 결정에서 원자의 배열을 파괴하더라도 조사 할 수 있습니다. 166,000 개가 넘는 3D 단백질 구조 중 생물 학자들이 지금까지 추론했지만, 120,000 명 이상이 Synchrotrons에서 결정되었습니다.
ESRF의 가속기 및 소스 부서의 이사 인 Pantaleo Raimondi는 Brightening ESRF의 X- 레이 (X-ray)를 밝게하는 속임수는 기계의 이미 미세한 전자 빔을 더욱 축소하는 것이 었습니다. 새로운 기계는 2 마이크로 미터 높이, 폭 20 마이크로 미터, 오래된 빔의 1/3을 순환시킵니다. 이를 압박하기 위해 ESRF 연구원들은 2000 년대 초에 발명 된 압정을 따라 2016 년에 켜진 스웨덴의 Lower Energy Max IV Synchrotron에서 구현했습니다.
싱크로트론에서, 쌍극자라고 불리는 자석은 전자가 이동하는 관형 진공 챔버를 샌드위치로 샌드위치로 샌드 컬러 진공 챔버를 샌드 컬러로 샌드 컬러 진공 챔버를 샌딩하여 링 주변의 입자의 궤적을 구부리는 수직 필드를 공급합니다. 쌍극자는 에너지에 따라 전자를 약간 다른 양으로 구부립니다. 집중력을 유지하기 위해 쌍극자 사이에 맞는 4 중주라는 더 복잡한 자석이 렌즈처럼 작용합니다. 그러나 전자 빔에 초점을 맞추는 4 중 분해는 수평으로 수평으로 퍼져 나와 그 반대도 마찬가지입니다. 따라서 빔은 순환 할 때 아코디언처럼 팽창하고 수축합니다. Max IV 물리학 자들은 더 긴 쌍극자를 더 많은 수의 짧은 수와 더 많은 쿼드로 대체함으로써 진동을 줄일 수 있다는 것을 깨달았습니다.
.그러나 캐치가 있었다. 쿼드는 또한 에너지에 따라 전자를 다르게 집중시킵니다. SextUpoles라는 더 복잡한 자석이 그 효과를 수정할 수 있습니다. 그러나 빔이 이미 좁아지면 SextUpoles는 비효율적으로 작동하며 체계는 최대 압축에 도달하기 전에 혼란스러워합니다. Max IV 연구자들은 전자의 에너지를 줄임으로써 그 문제를 회피했다. 그러나 ESRF는 그렇게 할 수 없었고 여전히 단단한 엑스레이를 생성 할 수 없었다. 2008 년에 Raimondi와 동료들은 딜레마에서 벗어날 수있는 길을 찾았습니다. 그들은 Sextupoles를 통과 할 때 전자 빔이 잠깐 퍼지도록 자석의 건틀릿을 준비 할 것입니다.
.2018 년 12 월에 기계를 폐쇄 한 후 ESRF 근로자는 1,500 만 유로의 비용으로 13 개월 만에 거의 모든 구성 요소를 교체했습니다. 원래 기계에는 각각 32 개의 세그먼트 또는 아크에 2 개의 긴 쌍극이 있었지만, 새로운 제품에는 7 개, 24 개의 다른 자석이 있습니다. 모두 말하면, 1000 개 이상의 새로운 자석이 이전과 같은 반죽 모양의 홀에 설치되었습니다. Raimondi는“차체는 여전히 동일하게 유지되지만 우리는 오래된 모터를 꺼내 페라리의 엔진에 넣습니다.
ESRF의 물리 과학 연구 책임자 인 Harald Reichert는 재건 된 기계는 X-ray Science에서 질적으로 새로운 Windows를 열어야한다고 말합니다. 단단한 X- 레이는 에너지 X- 레이보다 훨씬 더 깊은 재료를 침투 할 수 있으며, 새로운 기계의 강렬한 X- 레이 빔을 통해 최대 1 미터 두께의 샘플을 연구 할 수 있습니다. 따라서 과학자들은 엔진 블록을 스캔 한 다음 거의 원자 해상도로 재료 결함을 확대 할 수 있다고 Reichert는 말합니다.
X- 선 광자는 이러한 작은 전자 빔에서 나오기 때문에 레이저 조명의 조화와 같이 실조로 진동해야하며 X- 선 빔의 파괴적인 특성을 강조해야합니다. 향상된 일관성은 새로운 ESRF에게 이미징에 큰 이점을 제공합니다. 연구자들이 샘플을 통해 X- 레이 빔을 빛나면, 재료의 변화는 일관된 X- 레이의 파면을 다른 정도로 지연시켜 먼 탐지기에 얼룩덜룩 한 강도 패턴을 만듭니다. 이러한 많은 패턴에서 연구원들은 샘플의 상세한 3D 이미지를 추출 할 수 있습니다.
예를 들어, 개별 뉴런과 마우스 뇌에서의 상호 연결을 맵핑하기 위해 노력하는 신경 과학자 주의자는 이제 뇌를 미세한 슬라이스로 자르고 각 슬라이스를 전자 현미경으로 스캔 한 다음 거대한 컴퓨터 파워를 사용하여 슬라이스를 연결해야합니다. ESRF의 관통, 일관된 빔으로 인해 연구원들은 온전한 마우스 뇌에서 훨씬 더 빨리 같은 일을 할 수 있습니다. 조지아 기술 연구소 (Georgia Institute of Technology)의 계산 신경 과학자 인 에바 다이어 (Eva Dyer)는“그들이 그렇게 할 수 있다면 커뮤니티에 큰 영향을 미칠 것”이라고 말했다. "그것은 슈퍼 쿨입니다."
ESRF는 몇 년 동안 그 이점을 누릴 것입니다. APS 이사 인 Stephen Streiffer는 일리노이 주 Argonne National Laboratory의 APS (Advanced Photon Source)의 가장 가까운 경쟁자 인 APS (Advanced Photon Source)도 2022 년에 비슷한 1 년 동안 재건 될 것이라고 말했다. Streiffer는“우리는 두 기계를 경쟁사만큼이나 자매 시설만큼이나보고 있습니다. "주변을 둘러 볼 수있는 많은 발견이 있습니다."
일본의 Riken Spring-8 실험실과 독일 전자 싱크로트론 실험실도 재건을 계획하고 있으며 중국은 새로운 엑스레이 시설을 설계하고 있습니다.
연구원들은 이미 Covid-19 Pandemic에 직면하는 ESRF의 새로운 기능을 악용하고 있습니다. ESRF의 생명 과학 이사 인 장 수시니 (Jean Susini)는 여러 프로젝트가 SARS-COV-2 바이러스의 분자 구조를 연구하고 있으며, 다른 프로젝트는 새로운 싱크로트론을 사용하여 새로운 싱크로트론을 사용하여 COVID-19에 의해 손상된 이미지를 사용하고 있다고 밝혔다. "실제로 EBS의 첫 번째 빛은 Covid-19 연구에 사용되었습니다."
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