Европейский синхротрон ESRF: Мощнейший источник рентгеновского излучения
European Synchrotron Radiation Facility
Европейский синхротрон ESRF во Франции: мощный ускоритель частиц для передовых исследований. 8000 ученых, 2000 экспериментов, рентген в 100 раз сильнее!
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Ускоритель частиц
Particle accelerator
Европейский центр синхротронного излучения (ESRF) – это совместное научно-исследовательское учреждение, расположенное в Гренобле, Франция, которое поддерживается 22 странами (13 стран-участниц: Франция, Германия, Италия, Великобритания, Испания, Швейцария, Бельгия, Нидерланды, Дания, Финляндия, Норвегия, Швеция, Россия; и 9 ассоциированных стран: Австрия, Португалия, Израиль, Польша, Чехия, Венгрия, Словакия, Индия и Южная Африка). Около 8000 ученых посещают этот ускоритель частиц каждый год, проводя свыше 2000 экспериментов и публикуя около 1800 научных работ.
The European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) is a joint research facility situated in Grenoble, France, supported by 22 countries (13 member countries: France, Germany, Italy, the UK, Spain, Switzerland, Belgium, the Netherlands, Denmark, Finland, Norway, Sweden, Russia; and 9 associate countries: Austria, Portugal, Israel, Poland, the Czech Republic, Hungary, Slovakia, India and South Africa). Some 8,000 scientists visit this particle accelerator each year, conducting upwards of 2,000 experiments and producing around 1,800 scientific publications.
История
Открытый в сентябре 1994 года, он имеет годовой бюджет около 100 миллионов евро, в нем работает более 630 человек и ежегодно принимает более посещающих ученых. В 2009 году ESRF начал первое крупное улучшение своих возможностей. С созданием нового ультрастабильного экспериментального зала площадью 8 000 м2 в 2015 году его рентгеновское излучение стало в 100 раз мощнее, с мощностью в 100 миллиардов раз превышающей мощность больничных рентгеновских аппаратов. Второе улучшение инфраструктуры, теперь известное как "Сверхмощный источник" (ESRF EBS), проходило с 2018 по 2020 год и снова увеличило мощность рентгеновского излучения в 100 раз, то есть в 10 000 миллиардов раз мощнее, чем рентгеновское излучение, используемое в медицине. Он стал первым в мире синхротроном высокой энергии четвертого поколения. Первые испытания электронного пучка начались 28 ноября 2019 года. Объект вновь открылся для пользователей 25 августа 2020 года.
Inaugurated in September 1994, it has an annual budget of around 100 million euros, employs over 630 people and is host to more than visiting scientists each year. In 2009, the ESRF began a first major improvement in its capacities. With the creation of the new ultra stable experimental hall of 8,000 m2 in 2015, its X rays are 100 times more powerful, with a power of 100 billion times that of hospital radiography devices. The second improvement to the facilities, now named the "Extremely Brilliant Source" (ESRF EBS), took place between 2018 and 2020. and again improved its X ray power by a factor of 100, or 10,000 billion more powerful than X rays used in the medical field. It became the first fourth generation high energy synchrotron in the world. The first electron beam tests began on November 28, 2019. The facility reopened to users on August 25, 2020.
Общее описание
Физический комплекс ESRF состоит из двух основных зданий: экспериментального зала, в котором размещено кольцо длиной окружности 844 метра и сорок тангенциальных линий пучков; и комплекса лабораторий, подготовительных помещений и офисов, соединенных с кольцом пешеходным мостом. Электронная пушка линейного ускорителя и малое кольцо-ускоритель, используемые для разгона пучка до рабочей энергии 6 ГэВ, построены внутри основного кольца. До недавнего времени для передвижения внутри кольцевого коридора предоставлялись велосипеды. К сожалению, их убрали после нескольких незначительных происшествий. Однако даже до этого нельзя было проехать на велосипеде непрерывно по всему периметру, поскольку некоторые линии пучков выходят за пределы зала. Исследования, проводимые в ESRF, в значительной степени сосредоточены на использовании рентгеновского излучения в таких различных областях, как кристаллография белков, науки о Земле, палеонтология, материаловедение, химия и физика. Объекты, подобные ESRF, обеспечивают поток, энергетический диапазон и разрешение, недостижимые при использовании традиционных (лабораторных) источников излучения.
The ESRF physical plant consists of two main buildings: the experiment hall, containing the 844 metre circumference ring and forty tangential beamlines; and a block of laboratories, preparation suites, and offices connected to the ring by a pedestrian bridge. The linear accelerator electron gun and smaller booster ring used to bring the beam to an operating energy of 6 GeV are constructed within the main ring. Until recently bicycles were provided for use indoors in the ring's circumferential corridor. Unfortunately they have been removed after some minor accidents. But even before this it was not possible to cycle continuously all the way around, since some of the beamlines exit the hall. Research at the ESRF focuses, in large part, on the use of X ray radiation in fields as diverse as protein crystallography, earth science, paleontology, materials science, chemistry and physics. Facilities such as the ESRF offer a flux, energy range and resolution unachievable with conventional (laboratory) radiation sources.
Результаты исследования
В 2014 году древние книги, уничтоженные извержением Везувия в 79 году, впервые были прочитаны в ESRF. Эти 1840 фрагментов были сведены к состоянию обугленных цилиндров. В 2015 году ученые из Университета Шеффилда использовали рентгеновские лучи ESRF для изучения синих и белых перьев сойки и обнаружили, что птицы используют контролируемые изменения наноструктуры своих перьев для создания ярких цветов оперения. Это исследование открывает новые возможности для создания нес fading, синтетических красителей для красок и одежды. В июле 2016 года группа южноафриканских исследователей просканировала полный окаменелый скелет небольшого динозавра, обнаруженного в 2005 году в Южной Африке и возрастом более 200 миллионов лет. Сканирование зубов гетеродонтозавридов выявило нёбные кости толщиной менее миллиметра. 6 декабря 2017 года журнал Nature представил открытие на европейском синхротроне нового вида динозавра с удивительными характеристиками, жившего около 72 миллионов лет назад. Это двуногое существо, представляющее собой смесь велоцираптора, страуса и лебедя, с крокодильей мордой и крыльями пингвина. Его высота составляла около 1,2 метра, и он был вооружен смертоносными когтями, что позволяло ему охотиться на добычу на суше или в воде – это новшество для ученых, изучающих динозавров. В ноябре 2021 года исследователи продемонстрировали новую технику рентгеновской визуализации "HiP CT" для 3D-сканирования целых органов с клеточным разрешением, используя "Чрезвычайно яркий источник" ESRF. В онлайн-Атласе человеческих органов, опубликованном в сети, представлены легкие донора, умершего от COVID-19.
In 2014, ancient books destroyed by the eruption of Mount Vesuvius in 79 are read for the first time in the ESRF. These 1840 fragments were reduced to the status of charred cylinders. In 2015, scientists from the University of Sheffield have used the ESRF's X rays to study the blue and white feathers of the Jay and have found that birds use well controlled changes to the nanostructure of their feathers to create the vivid colours of their plumage. This research opens new possibilities for creating non fading, synthetic colours for paints and clothing. In July 2016, a team of South Africa researchers scans a complete fossilized skeleton of a small dinosaur discovered in 2005 in South Africa and older than 200 million years. The dentition of heterodontosauridae scanned revealed palate bones of less than a millimeter thick. On December 6, 2017, the journal Nature unveils the discovery at the European synchrotron of a new species of dinosaur with surprising characteristics and living about 72 million years ago. It is a biped, mix between a velociraptor, an ostrich and a swan with a crocodile muzzle and penguin wings. With a height of about 1.2 meters (4 ft) and with killer claws, he could hunt his prey on the ground or hunt by swimming in the water, which is a novelty for scientists in the study of dinosaurs. In November 2021, researchers demonstrated a novel X ray imaging technique, "HiP CT", for 3D cellular resolution scans of whole organs, using the ESRF's "Extremely Brilliant Source". The published online Human Organ Atlas includes the lungs from a donor who died with COVID 19.
Доступ
Территория ESRF является частью "Научного полигона", расположенного в месте слияния рек Драк и Изер, примерно в 1,5 км от центра Гренобля. До нее можно добраться на трамвайной системе Гренобля и местных автобусных маршрутах Semitag (C6, 22 и 54). Она обслуживается аэропортами Гренобль-Изер и Лион-Сен-Экзюпери. ESRF разделяет территорию с несколькими другими организациями, включая Институт Лауэ-Ланжевена (ILL), Европейскую молекулярно-биологическую лабораторию (EMBL) и французский [институт]. Национальный центр научных исследований (CNRS) располагает институтом на противоположной стороне дороги.
The ESRF site forms part of the "Polygone Scientifique", lying at the confluence of the rivers Drac and Isère about 1.5 km from the centre of Grenoble. It is served by Grenoble tramway system and local bus lines of Semitag (C6, 22 and 54). It is served by Grenoble–Isère Airport and Lyon–Saint Exupéry Airport. The ESRF shares its site with several other institutions including the Institut Laue Langevin (ILL), the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) and the fr. The Centre national de la recherche scientifique (CNRS) has an institute across the road.
Люди
Родерик Маккиннон, лауреат Нобелевской премии по химии 2003 года, проводил эксперименты на линии луча ID13. Венки Рамакришнан, Томас А. Штайц и Ада Йонат, лауреаты Нобелевской премии по химии 2009 года, использовали макромолекулярные кристаллографические линии (ID14 1, 2, 4 и ID29) в ESRF. Брайан Кобилька и Роберт Лефковиц, лауреаты Нобелевской премии по химии 2012 года, проводили эксперименты преимущественно на линии луча ID13.
Roderick MacKinnon, Nobel Prize in Chemistry 2003, have carried out experiments on beamline ID13. Venki Ramakrishnan, Thomas A. Steitz, and Ada Yonath, Nobel Prize in Chemistry 2009, have used macromolecular crystallography beamlies (ID14 1, 2, 4; and ID29) at the ESRF. Brian Kobilka and Robert Lefkowitz, Nobel Prize in Chemistry 2012, have has carried out experiments mainly on beamline ID13.