Diamond Light Source (o Diamond ) es la instalación científica de fuente de luz sincrotrón nacional del Reino Unido ubicada en el campus de ciencia e innovación de Harwell en Oxfordshire . Su propósito es producir haces de luz intensos cuyas características especiales sean útiles en muchas áreas de la investigación científica. En particular, se puede utilizar para investigar la estructura y propiedades de una amplia gama de materiales, desde proteínas (para proporcionar información para diseñar nuevos y mejores medicamentos) y componentes de ingeniería (como una paleta de ventilador de un motor de avión [1] ). a la conservación de los artefactos arqueológicos (por ejemplo , el buque insignia de Enrique VIII , elMary Rose [2] [3] ).
Formación | ~ 2001 |
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Sede | Chilton , Oxfordshire , Reino Unido |
Líder | Profesor Andrew Harrison |
Sitio web | diamante |
Hay más de 50 fuentes de luz en todo el mundo. [4] Con una energía de 3 GeV, Diamond es un sincrotrón de energía media que actualmente opera con 32 líneas de luz.
Diseño, construcción y finanzas
El sincrotrón Diamond es la instalación científica más grande financiada por el Reino Unido que se construirá en el Reino Unido desde el sincrotrón de protones Nimrod que se ubicó en el Laboratorio Rutherford Appleton en 1964. Las instalaciones cercanas incluyen ISIS Neutron and Muon Source , Central Laser Facility y el laboratorios en Harwell y Culham (incluido el proyecto Joint European Torus (JET)). Reemplazó al sincrotrón de segunda generación en Daresbury en Cheshire.
Después de los primeros trabajos durante la década de 1990, los científicos del Laboratorio de Daresbury completaron un estudio de diseño final en 2001 ; La construcción comenzó luego de la creación de la compañía operadora, DIAMOND Light Source Ltd. El nombre DIAMOND fue originalmente concebido por Mike Poole (el creador del proyecto DIAMOND) y era un acrónimo que significa DIpole And Multipole Output for the Nation en Daresbury . Dado que la ubicación ahora es Oxfordshire, no Daresbury, el nombre refleja que la luz del sincrotrón es a la vez dura (en referencia a la región de rayos X "dura" del espectro electromagnético ) y brillante.
Diamond produjo su primer rayo de usuario a finales de enero de 2007 y fue inaugurado formalmente por la reina Isabel II el 19 de octubre de 2007. [5] [6]
La instalación está gestionada por Diamond Light Source Ltd, [7] una empresa conjunta establecida en marzo de 2002. La empresa recibe el 86% de su financiación del Gobierno del Reino Unido (a través del STFC) y el 14% del Wellcome Trust . Diamond costó 260 millones de libras esterlinas para cubrir el costo del edificio del sincrotrón, los aceleradores en su interior, las primeras siete estaciones experimentales (líneas de luz) y el bloque de oficinas adyacente, Diamond House. La construcción del edificio y la sala de sincrotrón fue por Costain Ltd .
Sincrotrón
Diamond genera luz de sincrotrón en longitudes de onda que van desde los rayos X hasta el infrarrojo lejano . Esto también se conoce como radiación de sincrotrón y es la radiación electromagnética emitida por partículas cargadas que viajan cerca de la velocidad de la luz . Se utiliza en una gran variedad de experimentos para estudiar la estructura y el comportamiento de muchos tipos diferentes de materia.
Las partículas que utiliza Diamond son electrones que viajan a una energía de 3 GeV [8] alrededor de un anillo de almacenamiento de circunferencia de 561,6 m . El anillo de almacenamiento no es un círculo verdadero, sino un polígono de 48 lados de secciones rectas en ángulo con imanes de flexión (imanes dipolo). [9] La atracción magnética de los imanes de flexión que dirige los electrones alrededor del anillo. Como Diamond es una fuente de luz de tercera generación, utiliza conjuntos especiales de imanes llamados dispositivos de inserción. Los dispositivos de inserción hacen que los electrones se ondulen y es su cambio repentino de dirección lo que hace que los electrones emitan un rayo de radiación electromagnética excepcionalmente brillante, más brillante que el de una sola curva cuando se viaja a través de un imán de curvatura. Esta es la luz de sincrotrón utilizada para experimentos. Sin embargo, algunas líneas de luz utilizan luz únicamente de un imán de flexión sin la necesidad de un dispositivo de inserción.
Los electrones alcanzan esta alta energía a través de una serie de etapas de preacelerador antes de ser inyectados en el anillo de almacenamiento de 3 GeV:
- un cañón de electrones - 90 keV
- un acelerador lineal de 100 MeV
- un sincrotrón de refuerzo de 100 MeV - 3 GeV (158 m de circunferencia).
El sincrotrón Diamond está ubicado en un edificio toroidal plateado de 738 m de circunferencia, que cubre un área de más de 43.300 metros cuadrados, o el área de más de seis campos de fútbol . Este contiene el anillo de almacenamiento y una serie de líneas de luz , [10] con el acelerador lineal y el sincrotrón de refuerzo alojados en el centro del anillo. Estas líneas de luz son las estaciones experimentales donde la interacción de la luz de sincrotrón con la materia se utiliza con fines de investigación. Siete líneas de luz estaban disponibles cuando Diamond entró en funcionamiento en 2007, y se conectaron más a medida que continuaba la construcción. En abril de 2019 había 32 líneas de luz en funcionamiento. Diamond está destinado en última instancia a albergar alrededor de 33 líneas de luz, apoyando las ciencias de la vida, físicas y ambientales.
Diamond también alberga 11 microscopios electrónicos, de los cuales nueve son microscopios crioelectrónicos especializados en ciencias de la vida, incluidos dos para uso industrial en asociación con Thermo Fisher Scientific; los dos microscopios restantes están dedicados a la investigación de materiales avanzados. [11]
Estudios de caso
- En septiembre de 2007, científicos de la Universidad de Cardiff dirigidos por Tim Wess, descubrieron que el sincrotrón Diamond podría usarse para ver el contenido oculto de documentos antiguos mediante iluminación sin abrirlos (capas de pergamino penetrantes ). [12] [13]
- En noviembre de 2010, la revista Nature publicó un artículo que detalla cómo Goedele Maertens, Stephen Hare y Peter Cherepanov del Imperial College London utilizaron los datos recopilados en Diamond para avanzar en la comprensión de cómo el VIH y otros retrovirus infectan las células humanas y animales. [14] [15] Los hallazgos pueden permitir mejoras en la terapia génica para corregir el mal funcionamiento de los genes.
- En junio de 2011, un equipo internacional de científicos dirigido por So Iwata publicó un artículo en la revista Nature que detalla cómo, utilizando Diamond, habían resuelto con éxito la estructura 3D de la proteína receptora de histamina H1 humana. Su descubrimiento permitió el desarrollo de antihistamínicos de "tercera generación" , fármacos eficaces contra algunas alergias sin efectos secundarios adversos. [16] [17]
- Publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias en abril de 2018, una colaboración de cinco instituciones, incluidos científicos de Diamond, utilizó tres de las líneas de luz macromoleculares de Diamond para descubrir detalles de cómo una bacteria usaba el plástico como fuente de energía. Los datos de alta resolución permitieron a los investigadores determinar el funcionamiento de una enzima que agarraba el plástico PET . Posteriormente se realizó un modelado computacional para investigar y así mejorar este mecanismo. [18]
- Un artículo publicado en Nature en 2019 describió cómo una colaboración multidisciplinaria mundial diseñó varias formas de controlar las nanopartículas metálicas, incluida la síntesis a un costo sustancialmente reducido para su uso como catalizadores para la producción de bienes cotidianos. [19]
Ver también
- Lista de instalaciones de radiación de sincrotrón
- Fuente de radiación de sincrotrón (SRS)
- Instalación europea de radiación sincrotrón (ESRF)
- MAX IV
- BESSY
- SOLEIL
- Fuente de luz canadiense (CLS)
Referencias
- ^ Diamond y Rolls-Royce iluminan el escenario de sincrotrón más grande del mundo
- ^ Soluciones de conservación de alta tecnología para buques de guerra antiguos - Diamond Lights Source
- ^ Podcast: el Dr. Mark Jones de The Mary Rose Trust analiza su investigación
- ^ " Lightsources.org : fuentes de luz del mundo" . 2019 . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
- ^ Diamond News: Su Majestad la Reina abre oficialmente la fuente de luz Diamond
- ^ " ' Super-scope' abre sus puertas" . 2007-02-05.
- ^ Diamond Light Source Ltd Archivado el 7 de julio de 2013 en la Wayback Machine.
- ^ Equivalente a acelerarlos a través de un voltaje de 3 mil millones de voltios; 1 electronvoltio es la energía que gana un electrón cuando se acelera con una diferencia de potencial de 1 voltio.
- ^ "Inside Diamond" (PDF) . Fuente de luz de diamante. 2015 . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
- ^ "Lista actual de líneas de rayos de diamantes" . Archivado desde el original el 2 de febrero de 2016 . Consultado el 9 de agosto de 2011 .
- ^ "Desarrollo de la línea de haz y resumen técnico - Fuente de luz de diamante" . www.diamond.ac.uk . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
- ^ " ' Super-alcance' para ver textos ocultos" . 2007-09-13.
- ^ "Diamante: desentrañar los secretos de los pergaminos antiguos" . Archivado desde el original el 8 de agosto de 2011 . Consultado el 9 de agosto de 2011 .
- ^ Diamond News: los rayos X iluminan el mecanismo utilizado por el VIH para atacar el ADN humano
- ^ Maertens, Goedele N .; Liebre, Stephen; Cherepanov, Peter (2010). "El mecanismo de integración retroviral de las estructuras de rayos X de sus intermediarios clave" . Naturaleza . 468 (7321): 326–329. Código bibliográfico : 2010Natur.468..326M . doi : 10.1038 / nature09517 . PMC 2999894 . PMID 21068843 .
- ^ Diamond News: El avance del receptor de histamina H1 presagia mejores tratamientos para las alergias
- ^ Shimamura, Tatsuro (2011). "Estructura del complejo del receptor de histamina H1 humano con doxepina" . Naturaleza . 475 (7354): 65–70. doi : 10.1038 / nature10236 . PMC 3131495 . PMID 21697825 .
- ^ Fuente de luz de diamante. "Solución a la contaminación plástica en el horizonte - Diamond Light Source" . www.diamond.ac.uk . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
- ^ "La colaboración científica mundial desarrolla un gran avance en la catálisis - Diamond Light Source" . www.diamond.ac.uk . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
enlaces externos
- Página web oficial
- Diamante: la respuesta de Gran Bretaña al artículo de Large Hadron Collider Guardian que describe la máquina y sus aplicaciones
Coordenadas : 51 ° 34′28 ″ N 1 ° 18′39 ″ W / 51,57444 ° N 1,31083 ° W / 51.57444; -1,31083