Введение

Источник синхротронного излучения

Расширенный источник света (ALS) — исследовательский центр в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния. Один из самых ярких в мире источников ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения, ALS является первым синхротронным источником света "третьего поколения" в своем энергетическом диапазоне, предоставляющим множество чрезвычайно ярких источников интенсивного и когерентного света с короткой длиной волны для использования в научных экспериментах исследователями со всего мира. Финансируется Министерством энергетики США (DOE) и управляется Калифорнийским университетом. Действующий директор — Димитри Аргириу.

Пользователи

ALS обслуживает около 2000 исследователей ("пользователей") каждый год из академических, промышленных и государственных лабораторий по всему миру. Эксперименты в ALS проводятся на почти 40 лучевых линиях, которые могут одновременно работать более 5000 часов в год, что приводит к публикации около 1000 научных статей в год в самых разных областях. Любой квалифицированный исследователь может подать заявку на использование лучевой линии ALS. Отбор заявок осуществляется на основе рецензирования, выбираются наиболее важные предложения от исследователей, подавших заявки на время работы на пучке в ALS. Использование пучка не тарифицируется, если исследование пользователя не является конфиденциальным (то есть пользователь планирует опубликовать результаты в открытой печати). Около 16% пользователей приезжают из-за пределов США.

Как это работает

Электронные пучки, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, удерживаются магнитами в кольце хранения ALS на почти круговой траектории. Между этими магнитами расположены прямые участки, где электроны проходят слаломообразный путь под воздействием десятков магнитов с чередующейся полярностью в устройствах, называемых "ундуляторами". Под влиянием этих магнитов электроны излучают пучки электромагнитного излучения в диапазонах от инфракрасного до видимого, ультрафиолетового и рентгеновского. Полученные, коллимированные вдоль направления движения электронов, лучи направляются по линиям пучков к приборам в экспериментальных установках.

Области исследований

Низкоэнергетическое мягкое рентгеновское излучение – это специализация ALS, занимающая важную нишу и дополняющая другие источники света Министерства энергетики США. Высокоэнергетические рентгеновские лучи также доступны там, где сверхпроводящие магниты создают "суперизгибы" в траектории электронов. Мягкое рентгеновское излучение используется для характеристики электронной структуры вещества и для выявления микроскопических структур с элементарной и химической спецификой. Эти возможности применяются в исследованиях в области материаловедения, биологии, химии, физики и наук об окружающей среде.

История

Когда в начале 1980-х годов бывший директор LBNL Дэвид Ширли впервые предложил ALS, скептики сомневались в целесообразности использования синхротрона, оптимизированного для мягкого рентгеновского излучения и ультрафиолетового света. По словам бывшего директора ALS Дэниела Чемлы, "Научное обоснование создания объекта третьего поколения для работы с мягким рентгеновским излучением, такого как ALS, всегда было принципиально верным. Однако убедить в этом широкое научное сообщество было непростой задачей". Бюджет администрации Рейгана 1987 года выделил 1,5 миллиона долларов на строительство ALS. Процесс планирования и проектирования начался в 1987 году, строительство было начато в 1988 году и завершено в 1993 году. В новом здании была интегрирована купольная конструкция 1930-х годов, спроектированная Артуром Брауном-младшим (автором проекта башни Койт в Сан-Франциско), для размещения 184-дюймового циклотрона Э.О. Лоуренса – усовершенствованной версии его первого циклотрона, за которую он получил Нобелевскую премию по физике в 1939 году. ALS был введен в эксплуатацию в марте 1993 года, а официальная церемония открытия состоялась утром 22 октября 1993 года.

ALS-U

Новый проект под названием ALS U направлен на модернизацию ALS. Недавние прорывы в физике ускорителей теперь позволяют получать высокосфокусированные пучки мягкого рентгеновского излучения, которые по яркости как минимум в 100 раз превосходят пучки существующего ALS. Кольцо хранения получит ряд обновлений, а также новое накопительное кольцо. В новом кольце будут использоваться мощные, компактные магниты, расположенные в плотном круговом массиве, называемом многоизгибной ахроматической решеткой (MBA). В сочетании с другими усовершенствованиями ускорительного комплекса, модернизированная установка будет генерировать яркие, стабильные пучки высокоэнергетического света для исследования материи с беспрецедентной точностью.