لقد زرت مؤخرًا موقعًا قريبًا للفتح مسرع الجسيمات فائق التوصيل، حيث سيقوم الباحثون بسبر أشياء مثل الآليات الكامنة وراء التمثيل الضوئي وكفاءة البطاريات باستخدام بعض من أقوى الأشعة السينية في العالم. إن التواجد هناك يشبه إلى حد ما رؤية المستقبل. وإليك نظرة على ما يحدث في مختبر المسرع الوطني SLAC في مينلو بارك ، كاليفورنيا.
LCLS-II هو العنصر الجديد فائق التوصيل لمسرع الجسيمات SLAC طويل الأمد. سوف تسرع الانتخابات لإنتاج أشعة سينية أكثر سطوعًا بـ 10000 مرة من سابقتها ، LCLS (مصدر Linac Coherent Light Source).
يبلغ طول النفق الذي يحمل LCLS و LCLS-II حوالي ميلين. على الأرض ، يشير سطرين إلى المكان الذي يجب أن تمشي فيه وأين يجب ألا تعبر بالتأكيد (إلا إذا كنت مخولاً للعبث بشعاع الإلكترون عالي الطاقة على اليسار في هذه الصورة).
في عجلة من أمرك ، يمكن للمهندسين الذين يعملون على المسرع صعود عدد من السلالم التي تربط شعاع الإلكترون تحت الأرض بالأنظمة المختلفة الموجودة فوق الأرض. تتأكد الأنظمة الموجودة فوق الأرض من إنتاج الإلكترونات التي تنبعث منها الأشعة السينية وتنبضها بالمعدل الصحيح.
هناك أيضًا سلالم عادية تربط المبنى أعلاه بالنفق ، لكن في بعض الأحيان يتعين على العلماء التحرك بسرعة.
في الداخل لفترة طويلة ، من السهل أن تنسى أنك في كاليفورنيا المشمسة. هذه الألواح عبارة عن قطع قديمة من البنية التحتية للمسرع ، والتي تم التخلص منها في نقاط مختلفة للخرسانة الجديدة. غالبًا ما تحتوي الألواح على تواريخ وكلمة “حسنًا” ، مما يشير إلى أن الخرسانة ليست مشعة (خطر حقيقي في هذه الأجزاء).
تمتد قاعة التسريع الموجودة أعلى النفق بطولها بالكامل ، مما يجعلها واحدة من أطول المباني وأكثرها استقامة في العالم. يطلق عليه معرض klystron ، على اسم الآلات التي تساعد الإلكترونات في LCLS على التحرك خلال المسرع. بدون هذا الجهاز ، لن تكون الإلكترونات منظمة بشكل كافٍ لتوليد الأشعة السينية التي يحتاجها العلماء لتجاربهم.
يقوم هذا السلاح الإلكتروني بتحويل فوتونات الضوء إلى إلكترونات. يعمل مجال الترددات الراديوية في البندقية على تنشيط الإلكترونات ، مما يؤدي إلى إطلاقها في المسرع.
يتم تبريد الجزء فائق التوصيل من المسرع باستخدام الهيليوم السائل المصنوع في هذا النبات المبرد في حرم SLAC. يقوم المبرد بتدوير غاز الهليوم عبر سلسلة من الأنظمة لخفضه إلى 2 كلفن (-456 درجة فهرنهايت) ، وعند هذه النقطة يصبح الهيليوم سائلًا. يتم بعد ذلك إدخال الهيليوم السائل في حاويات أسطوانية تحيط بخط شعاع الإلكترون ، مما يؤدي إلى تبريد النظام. من المتوقع تبريد المسرع الخطي بنهاية أبريل 2022.
غرفة فراغ مضاءة في القاعة التجريبية القريبة في SLAC. تمنح النوافذ الموجودة في الحجرة الباحثين نقاطًا متعددة للكاميرات التي تصور العينات المستخدمة في التجارب. يتم إنشاء هذه الأداة ، chemRiXS ، خصيصًا لـ LCLS-II وستقوم بتصوير الأحداث الكيميائية والظواهر الكمومية.
خارج الغرف التي تحتوي على أدوات ، توجد غرف للباحثين لمراجعة بياناتهم. لا يمكن للعلماء أن يكونوا داخل الغرفة أثناء التجارب بسبب الإشعاع الصادر عن الأشعة السينية. بمجرد أن يحضر الفريق للعمل مع أداة ، يكون لديهم بضعة أيام فقط لجمع كل البيانات اللازمة لأبحاثهم.
سبورة بيضاء مغطاة بالروبوتات التي رسمها العلماء بمرور الوقت. تعرض الرسومات القليل من الإنسانية الغريبة في منشأة تركز على إجراء بعض من أكثر تجارب الفيزياء كثافة في العالم.
غرفة مفرغة مزينة بأداة الأشعة السينية المتماسكة في SLAC. الكثير من اللمسات الشخصية الصغيرة تغطي جدرانه وأدواته ، لكن القليل منها متخفي مثل هذا.
تستخدم الحاقنات لوضع عينات مذابة أو سائلة في بعض أدوات SLAC. استخدم فريق من الباحثين هذه الإبرة لقذف بروتين مشارك في عملية التمثيل الضوئي للطحالب في فراغ ، حيث قام الليزر بإبادة العينة. ثم تمكن أعضاء الفريق من نمذجة بعض الهياكل التي لم يتمكنوا من رؤيتها عندما كانت العينة سليمة.
أخبرني أندرو بوريل ، مدير المختبر المساعد لمديرية المسرع ، في أكتوبر الماضي أن العمل هنا قد لا يكون مفهوما جيدا ، لكنه مهم للغاية. “فيما يتعلق بالعلوم ، إنه مهم للأمة – للعالم – لأنه من خلال التقدم العلمي ، نحصل جميعًا على هواتف ذكية أفضل ويمكننا التحدث إلى أجهزة التحكم عن بُعد الخاصة بنا ، وكل هذه الأشياء الأخرى التي يمكننا بناءها والتي يعتبرها معظمنا أمرًا مفروغًا منه ،” هو قال. “معظم الناس لا يهتمون بكيفية عمل الثلاجة ؛ يريدون فقط أن يعمل. نفس الشيء مع هواتفنا الذكية ، نفس الشيء مع مزودي الإنترنت لدينا. ولكن من خلال هذه التطورات العلمية ، فإنها تساعد في تحسين كل هذه الأشياء “.
