Κοντά στην πόλη του Πεκίνου στην Κίνα, ολοκληρώνεται η κατασκευή αυτού που αναμένεται να είναι η φωτεινότερη πηγή ακτίνων Χ στον κόσμο. Πρόκειται για μια πηγή φωτονίων υψηλής ενέργειας (High Energy Photon Source, HEPS) η οποία θα δημιουργήσει δέσμες που είναι ένα τρισεκατομμύριο φορές φωτεινότερες, από την άποψη της πυκνότητας φωτονίων, σε σύγκριση με την επιφάνεια του ήλιου!
Η HEPS πρόκειται να ξεπεράσει παρόμοιες εγκαταστάσεις στην Ευρώπη, την Ασία και τις ΗΠΑ, σύμφωνα με το Chinese Academy of Sciences’ Institute of High Energy Physics, τον κύριο φορέα ανάπτυξης της εγκατάστασης. Η HEPS θα προωθήσει την έρευνα σε τομείς όπως η επιστήμη των υλικών, η βιοϊατρική και η φυσική.
«Μόλις το HEPS φτάσει στη σχεδιασμένη φωτεινότητα του, θα είναι σε θέση να αποκαλύψει τον μικροσκοπικό κόσμο με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια», είπε ο Pan Weimin, διευθυντής του έργου στο ινστιτούτο, σε δήλωση του στην China Science Daily. «Προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο για τον χειρισμό της ύλης και την παρατήρηση ολόκληρου του κύκλου ζωής της».
Η εγκατάσταση είχε ξεκινήσει τη λειτουργία της πηγής φωτός, σηματοδοτώντας την έναρξη των δοκιμών του ολοκληρωμένου συστήματος με πραγματικές δέσμες φωτονίων, μια φάση κρίσιμη για τη λεπτομερή ρύθμιση του εξοπλισμού πριν ξεκινήσει η φάση δοκιμαστικής λειτουργίας, σύμφωνα με τον Pan.
Από τη δεκαετία του 1970, περισσότερες από 70 πηγές φωτός έχουν κατασκευαστεί σε όλο τον κόσμο για να βοηθήσουν τους επιστήμονες να δουν βαθύτερα μέσα στην ύλη, προωθώντας την έρευνα σε τομείς από την αποκωδικοποίηση της δομής των ιών μέχρι την ανάπτυξη προηγμένων αεροδιαστημικών υλικών, μπαταριών και ημιαγωγών.
Αυτές οι τεράστιες εγκαταστάσεις λειτουργούν επιταχύνοντας τα ηλεκτρόνια κοντά στην ταχύτητα του φωτός, κατευθύνοντας τα με ισχυρούς μαγνήτες. Καθώς τα ηλεκτρόνια αλλάζουν κατεύθυνση, εκπέμπουν φωτόνια υψηλής ενέργειας, τα οποία οι ερευνητές χρησιμοποιούν για να διερευνήσουν την ατομική και μοριακή δομή των υλικών.
Η εγκατάσταση HEPS είναι μια πηγή φωτός τέταρτης γενιάς, ένα σημαντικό τεχνολογικό άλμα που χρησιμοποιεί δακτυλίους αποθήκευσης εξαιρετικά χαμηλής εκπομπής για να διατηρεί τις δέσμες ηλεκτρονίων αυστηρά εστιασμένες και σταθερές. Αυτό επιτρέπει στους επιστήμονες να παρατηρούν μικρότερες δομές, ταχύτερες διαδικασίες και ασθενέστερα σήματα από ποτέ.
Η σχεδιασμένη φωτεινότητα του HEPS είναι περίπου μια τάξη μεγέθους υψηλότερη από αυτή των υπαρχουσών εγκαταστάσεων τέταρτης γενιάς, όπως για παράδειγμα η εξαιρετικά λαμπρή πηγή στην European Synchrotron Radiation Facility στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας.
Ο Pan και η ομάδα του έδωσαν έμφαση στην καινοτομία και την τεχνολογική αυτοδυναμία στην ανάπτυξη των βασικών στοιχείων του HEPS. «Έχουμε ξεπεράσει το 90 % των τεχνικών προκλήσεων. Ο απώτερος στόχος μας είναι να επιτύχουμε την ανάπτυξη με πλήρως εγχώρια παραγωγή του εξοπλισμού και των απαραίτητων τεχνολογιών».
Ένα παράδειγμα είναι η εφαρμογή μιας νέας μεθόδου που ενισχύει την απόδοση του επιταχυντή ενώ μειώνει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Αντί να απορρίπτει τις δέσμες ηλεκτρονίων χαμηλής ενέργειας μετά τη χρήση, το HEPS τις στέλνει πίσω σε ένα προηγούμενο στάδιο, όπου συγχωνεύονται με νέα σωματίδια και επιταχύνονται εκ νέου. Αυτή η προσέγγιση μειώνει τις ενεργειακές απαιτήσεις, βελτιώνει την ποιότητα της δέσμης και βοηθά να ξεπεραστούν οι περιορισμοί της μαγνητικής δομής της εγκατάστασης που προκύπτουν από τις μικρές διαστάσεις που αυτή πρέπει να έχει.
Με συνολική επένδυση 665 εκατ. δολαρίων ΗΠΑ, το HEPS είναι μια από τις σημαντικότερες εθνικές επιστημονικές υποδομές που προτεραιοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια του 13ου πενταετούς σχεδίου της Κίνας. Η κατασκευή ξεκίνησε τον Ιούνιο του 2019, με τις προγραμματισμένες εργασίες να διαρκούν λίγο περισσότερο από έξι χρόνια. Μέχρι στιγμής, έχει ολοκληρωθεί ο επιταχυντής και η πρώτη παρτίδα των 14 γραμμών δέσμης.
Το HEPS θα χρησιμεύσει επίσης ως ένα απαραίτητο συμπλήρωμα της Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF), μιας από τις κορυφαίες πηγές φωτός τρίτης γενιάς της Κίνας. Από την έναρξη του το 2009, το SSRF έχει φιλοξενήσει περισσότερους από 10.000 ερευνητές και υποστηρίζει χιλιάδες πειράματα κάθε χρόνο.
Αν και το SSRF διαθέτει επί του παρόντος συνολικά 34 γραμμές δέσμης και 46 πειραματικούς σταθμούς, η ζήτηση παραμένει υψηλή. Ορισμένες γραμμές δέσμης δεσμεύονται μήνες νωρίτερα και ο ανταγωνισμός για πρόσβαση είναι έντονος, μία πίεση στη μείωση της οποίας αναμένεται να συμβάλλει το HEPS.
Με πληροφορίες από scmp.com
