SIRIUS: найяскравіше у світі синхротронне світло

Названий на честь найяскравішої зірки на нічному небі, Сіріус. одне з перших у світі джерел синхротронного випромінювання четвертого покоління, розташоване в місті Кампінас у штаті Сан-Паулу, Бразилія.

Найскладніше і найбільше обладнання, коли-небудь побудоване в країні, "Сіріус", дозволить вченим розвивати передові дослідження. Очікуються проривні відкриття в різних галузях, таких як енергетика, екологія, охорона здоров'я та інших. "Сіріус" спроектований так, щоб мати, як і зірка, найяскравіше світло серед усіх подібних приладів. І він готовий до використання.

Сіріус розміщений у великій приватній установі під назвою Бразильський центр досліджень в галузі енергетики та матеріалів (CNPEM), який знаходиться під наглядом Міністерства науки, технологій та інновацій Бразилії (MCTI).

Установа керує іншими чотирма національними лабораторіями. Будучи неприбутковою установою, що зосереджена на дослідженнях і розробках, CNPEM виконує функцію підтримки інновацій у різних сферах, таких як матеріали, здоров'я, харчові продукти, навколишнє середовище, енергетика та багато іншого. CNPEM здатний інтегрувати наукові та технологічні знання з усіх своїх національних лабораторій.

Працюючи як (величезний) мікроскоп, "Сіріус" охоплює велику частину електромагнітного спектру, його світло проникає від інфрачервоних хвиль до ультрафіолетових, а також включає рентгенівське випромінювання. Оснащений усім цим, "Сіріус" зможе виявити багато характеристик матеріалів на молекулярному та атомному рівнях і навіть дослідити електронні структури.

Це дозволяє проводити міждисциплінарні дослідження, які дають відповіді на академічні та промислові питання. Для отримання синхротронного випромінювання заряджені частинки - такі як електрони - прискорюються до швидкості світла за допомогою магнітних полів.

Сьогодні у світі існує не одне обладнання, аналогічне "Сіріусу", наприклад, Європейський центр синхротронного випромінювання (ESRF), розташований у Франції. А до "Сіріуса" установа CNPEM використовувала інше подібне обладнання, перше бразильське джерело синхротронного випромінювання, відоме як UVX. набагато менший за "Сіріус", з високою надійністю та стабільністю. Однак, коли "Сіріус" було завершено, обладнання було вимкнено. З роками вчені потребували більше інформації, ніж UVX міг надати, досягнувши межі фізичного простору і технічних можливостей.

Якщо говорити про хронологію подій, то перше обговорення проекту "Сіріус" відбулося у 2003 році, коли проект почав набувати форми. У 2015 році розпочалося будівництво об'єкту, а у 2018 році відбулося його урочисте відкриття.

Хоча будівля була закінчена, наступний етап - розміщення всього обладнання всередині тільки починалася.

На відміну від UVX, який міг аналізувати матеріали лише на поверхневих рівнях, енергія, що генерується Sirius, здатна проникати в тверді і тверді матеріали на глибину до сантиметрів.

"Це було схоже на фотографування при слабкому освітленні, - говорить Антоніо Хосе Роке да Сілва, фізик, директор CNPEM і SIRIUS, розповідаючи про UVX. "Сіріус має більшу інтенсивність світла, і тому він знімає швидше, як кіно, а не фотографія".

Сиріус матиме вдвічі більше енергії і в 360 разів менше випромінювання, що призведе до різних частот світла в мільярд разів яскравішого, ніж UVX.

Щодо того, як працює обладнання, то це базова структура Sirius:

Базова структура джерела синхротронного випромінювання, по суті, складається з двох основних наборів прискорювачів частинок, а саме Система впорскування і Кільце для зберігання.

Система інжекції включає в себе лінійний прискорювач (Linac) та інжекторний синхротрон (Booster).

Обидва вони разом створюють електронний промінь і прискорюють його, доки він не досягне рівня енергії, необхідного для роботи в кільці зберігання.

Крім того, до складу системи входять дві транспортні лінії, одна з яких передає електронний пучок від Linac до прискорювача, а інша - від прискорювача до накопичувального кільця.

Лінак виробляє імпульс струму в імпульсному режимі, а саме, двічі на секунду, а потім вироблений імпульс струму вводиться в прискорювач.

Потрапляючи в прискорювач, електронні пучки прискорюються до тих пір, поки не досягнуть рівня енергії, необхідного для інжекції в накопичувальне кільце.

У свою чергу, накопичувальне кільце, яке є основним прискорювачем, відповідає за підтримання електронного пучка, що зберігається протягом тривалого часу, і є місцем, де нарешті виробляється синхротронне випромінювання.

Крім того, для керування траєкторією електронного променя буде використовуватися комбінація різних магнітів, що створюють магнітне поле, - або магнітна решітка - для підтримки фокусу і корекції траєкторії електронного променя.

Зрештою, синхротронне випромінювання буде доступне на експериментальних станціях, розташованих навколо кільця зберігання, які називаються Beamlines - саме там вчені розміщуватимуть свої зразки матеріалів і отримуватимуть дані для подальшого їх вивчення.

Карта Sirius з різними кольорами, що показують кожну область обладнання

На зображенні вище, доступному на веб-сайті CNPEM, показано ілюстрацію SIRIUS, де кільце сховища, представлене синім колом, має близько 518 метрів в обхваті, тоді як прискорювач, показаний помаранчевим кольором, має близько 496 метрів.

Лінак, з іншого боку, набагато менший за розміром, лише 32 метри, представлений рожевою лінією.

Таким чином, ці джерела синхротронного випромінювання четвертого покоління допоможуть вченим заглибитися у свої дослідження - в буквальному сенсі - глибше, отримавши простір та кращі інструменти для аналізу складних тем.

Наприклад, більш досконалий аналіз ґрунту збільшить знання про розробку добрив, що призведе до виробництва менш токсичних сільськогосподарських продуктів, які принесуть користь здоров'ю людей і навколишньому середовищу.

Так само Sirius дозволить вченим розробляти нові матеріали завдяки більш повному вивченню структур наночастинок.

21 жовтня 2020 року першу променеву лінію Sirius під назвою Manacá було відкрито для дослідницького використання. Ця лінія призначена для дослідження макромолекул, вивчення білків та їхньої взаємодії з лікарськими препаратами.

У майбутньому будуть відкриті для використання ще п'ять променевих ліній, які називатимуться Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê і Mogno. Кожна з них буде зосереджена на певному типі аналізу. На сьогоднішній день ці променеві лінії перебувають на просунутій стадії встановлення, а до кінця 2021 року деякі з них мають бути завершені.

Загалом структура Sirius матиме 14 робочих станцій. Повний проект включає ще сім променевих ліній, відкриття яких очікується у 2021 році. Однак кількість променевих ліній може бути поступово розширена до 40 експериментальних станцій.

Подивіться відео про будівництво Сіріуса тут.з відгуками та поясненнями безпосередньо від залучених інженерів.

А також ви можете відвідати Офіційний веб-сайт CNPEM де є вся інформація про проект SIRIUS.

Зрештою, Сіріус покладає надії не лише на бразильських науковців, а й на наукові досягнення в усьому світі. Вперед, науко!

Крім того, чи знаєте ви, що ви можете завантажити зображення з вашого комп'ютера і використовувати його в інфографіці? Так, можна!

Ось як я зробив свою інфографіку в цій статті! Дуже круто, правда?

Отже, давайте перейдемо до Mind the Graphі почніть свій нове творіння!

SIRIUS: найяскравіша зірка Бразилії

Підпишіться на нашу розсилку