La fuente de luz del sincrotrón nacional (NSLS) en el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) en Upton, Nueva York fue un centro de investigación de usuarios nacional financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Construido entre 1978 y 1984, y cerrado oficialmente el 30 de septiembre de 2014, [2] el NSLS se consideró un sincrotrón de segunda generación . [3]
NSLS | |
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Información general | |
Tipo | Facilidad de investigación y desarrollo |
Pueblo o ciudad | Upton |
País | Estados Unidos |
Coordenadas | 40 ° 52′05 ″ N 72 ° 52′35 ″ O / 40.86806 ° N 72.87639 ° W |
Comenzó la construcción | 1978 |
Terminado | 1982 anillo UV 1984 anillo de rayos X |
Renovado | 1986 |
Costo | $ 160,000,000 USD [1] |
Dueño | Departamento de Energía |
Sitio web | |
Página web original de NSLS |
El piso experimental del NSLS constaba de dos anillos de almacenamiento de electrones: un anillo de rayos X y un anillo VUV (ultravioleta al vacío) que proporcionaba una luz intensa y enfocada que abarcaba el espectro electromagnético desde el infrarrojo hasta los rayos X. Las propiedades de esta luz y las estaciones experimentales especialmente diseñadas, llamadas líneas de luz , permitieron a los científicos de muchos campos de investigación realizar experimentos que de otro modo no serían posibles en sus propios laboratorios.
Historia
Se inició la construcción del NSLS el 28 de septiembre de 1978. El anillo VUV comenzó a funcionar a finales de 1982 y el anillo de rayos X se puso en servicio en 1984. En 1986, una segunda fase de construcción amplió el NSLS en 52.000 pies cuadrados (4.800 m 2 ), que agregó oficinas, laboratorios y espacio para nuevos equipos experimentales. [3] Después de 32 años de producir luz de sincrotrón, el haz almacenado final se descargó a las 16:00 EDT del 30 de septiembre de 2014, y NSLS se cerró oficialmente.
Durante la construcción del NSLS, dos científicos, Renate Chasman y George Kenneth Green , inventaron una disposición periódica especial de elementos magnéticos (una red magnética ) para proporcionar una flexión y enfoque optimizados de los electrones. [3] El diseño se llamó celosía Chasman-Green y se convirtió en la base del diseño de cada anillo de almacenamiento de sincrotrón . Los anillos de almacenamiento se caracterizan por la cantidad de secciones rectas y secciones curvadas en su diseño. Las secciones curvadas producen más luz que las secciones rectas debido al cambio en el momento angular de los electrones. Chasman y Green tuvieron esto en cuenta en su diseño al agregar dispositivos de inserción, conocidos como onduladores y onduladores , en las secciones rectas del anillo de almacenamiento. [3] Estos dispositivos de inserción producen la luz más brillante entre las secciones del anillo y, por lo tanto, las líneas de luz se construyen típicamente aguas abajo de ellas.
Anillo VUV
El anillo VUV en la fuente de luz del sincrotrón nacional fue una de las primeras fuentes de luz de segunda generación en operar en el mundo. Se diseñó inicialmente en 1976 y se puso en servicio en 1983. [4] Durante la actualización de la Fase II en 1986, se agregaron dos onduladores / onduladores de inserción al anillo VUV, proporcionando la fuente de brillo más alta en la región ultravioleta del vacío hasta el advenimiento de la tercera generación fuentes de luz. [4]
Anillo de rayos x
El anillo de rayos X en la fuente de luz del sincrotrón nacional fue uno de los primeros anillos de almacenamiento diseñados como una fuente dedicada de radiación de sincrotrón . [5] El diseño final de la celosía se completó en 1978 y la primera viga almacenada se obtuvo en septiembre de 1982. Para 1985, el programa experimental estaba en un rápido estado de desarrollo, y para fines de 1990, las líneas de luz de la Fase II y los dispositivos de inserción se pusieron en funcionamiento. [5]
Diseño
Los electrones generan la radiación de sincrotrón que se utilizó en las estaciones finales de las líneas de luz. Los electrones son producidos primero por un cañón de electrones triodo de 100 KeV . [6] Estos electrones luego procedieron a través de un acelerador lineal (linac), que los elevó a 120 MeV . [6] A continuación, los electrones entraron en un anillo de refuerzo, donde su energía se incrementó a 750 MeV, [6] y luego se inyectaron en el anillo VUV o en el anillo de rayos X. En el anillo VUV, los electrones aumentaron aún más hasta 825 MeV y los electrones en el anillo de rayos X aumentaron hasta 2,8 GeV .
Una vez en el anillo, VUV o rayos X, los electrones orbitan y pierden energía como consecuencia de cambios en su momento angular , que provocan la expulsión de fotones. Estos fotones se consideran luz blanca, es decir , policromáticos , y son la fuente de radiación de sincrotrón. Antes de usarse en una estación final de línea de luz, la luz se colima antes de alcanzar un monocromador o una serie de monocromadores para obtener una longitud de onda única y fija.
Durante las operaciones normales, los electrones en los anillos de almacenamiento perdieron energía y, como tal, los anillos se volvieron a inyectar cada 12 (anillo de rayos X) y 4 (anillo VUV) horas. La diferencia en el tiempo surgió del hecho de que la luz VUV tiene una longitud de onda más grande y, por lo tanto, tiene una energía más baja que conduce a una desintegración más rápida, mientras que los rayos X tienen una longitud de onda muy pequeña y son de alta energía.
Este fue el primer sincrotrón controlado mediante microprocesadores. [7]
Instalaciones
El anillo UV tenía 19 líneas de luz, mientras que el anillo de rayos X tenía 58 líneas de luz. [8] Las líneas de luz fueron operadas y financiadas de diversas formas. Sin embargo, dado que el NSLS era una instalación de usuario, a cualquier científico que presentara una propuesta se le podía otorgar tiempo de emisión después de la revisión por pares. Había dos tipos de líneas de luz en el NSLS: líneas de luz de instalaciones (FB), que eran operadas por el personal de NSLS y reservaban un mínimo del 50 por ciento de su tiempo de haz para los usuarios, y líneas de luz del Equipo de Investigación Participante (PRT), que eran operadas y con personal por grupos externos y reservado al menos el 25 por ciento de su tiempo de emisión para los usuarios.
Cada línea de rayos X tenía una estación terminal llamada conejera . Se trata de grandes recintos fabricados con materiales de protección contra la radiación , como acero y vidrio emplomado , para proteger a los usuarios de la radiación ionizante del haz. En el piso de rayos X, muchos de los experimentos realizados utilizaron técnicas como difracción de rayos X , difracción de polvo de alta resolución (PXRD), XAFS , DAFS (difracción de rayos X de estructura fina anómala), WAXS y SAXS .
En el anillo VUV, las estaciones terminales eran generalmente cámaras UHV ( vacío ultra alto ) que se usaban para realizar experimentos utilizando métodos como XPS , UPS , LEEM y NEXAFS .
En algunas líneas de luz , se utilizaron otras herramientas analíticas junto con la radiación de sincrotrón, como un espectrómetro de masas , un láser de alta potencia o un espectrómetro de masas de cromatografía de gases . Estas técnicas ayudaron a complementar y cuantificar mejor los experimentos llevados a cabo en la estación final.
Logros y estadísticas
Premios Nobel
En 2003, Roderick MacKinnon ganó el Premio Nobel de Química por descifrar la estructura del canal de iones neuronales . Su trabajo se llevó a cabo en parte en NSLS. [9] En 2009, Venkatraman Ramakrishnan y Thomas A. Steitz y Ada E. Yonath ganaron el Premio Nobel de Química por obtener imágenes del ribosoma con resolución atómica mediante el uso de cristalografía de rayos X en el NSLS y otras fuentes de luz de sincrotrón. [10]
Estadísticas de usuario
El National Synchrotron Light Source acogió a más de 2.200 usuarios de 41 estados de EE. UU. Y otros 30 países en 2009. [11] En 2009, hubo 658 publicaciones en revistas y 764 publicaciones en total, incluidas publicaciones de revistas, libros, patentes, tesis e informes. [12]
NSLS-II
El NSLS se cerró permanentemente el 30 de septiembre de 2014, después de más de 30 años de servicio. [2] Fue reemplazado por el NSLS-II , que fue diseñado para ser 10,000 veces más brillante. [13]
Ver también
- Centro de Nanomateriales Funcionales
- Lista de instalaciones de radiación de sincrotrón
- Radiación de sincrotrón
- Sincrotrón
- Laboratorios nacionales del Departamento de Energía de los Estados Unidos
Referencias
- ^ "Ciencia cotidiana NSLS" . bnl.gov. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2012 . Consultado el 28 de marzo de 2011 .
- ^ a b Última luz en NSLS
- ^ a b c d "Una breve historia de la NSLS" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ a b "Anillo de almacenamiento VUV" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ a b "Anillo de almacenamiento de rayos X" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ a b c "Booster & Linac Ring" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ "Sistema de control distribuido para la fuente de luz sincrotrón nacional" (PDF) . Transacciones IEEE sobre ciencia nuclear . Consultado el 13 de diciembre de 2015 .
- ^ "Lista de líneas de luz por número" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ "Premio Nobel | Premio de Química 2003, Roderick MacKinnon" . Bnl.gov . Consultado el 17 de marzo de 2010 .
- ^ "Premio Nobel | Premio de Química 2009, Venkatraman Ramakrishnan y Thomas A. Steitz" . Bnl.gov . Consultado el 25 de julio de 2012 .
- ^ "Instalaciones de usuarios nacionales en Brookhaven Lab" (PDF) . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ "Informe de actividades de NSLS 2009" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
- ^ "Sobre el proyecto NSLS-II" . BNL.gov . Consultado el 4 de agosto de 2010 .
enlaces externos
- Página web original de NSLS
- BNL: Fuente de luz de sincrotrón nacional II (NSLS-II)
- BNL Photon Sciences: Acerca de NSLS-II
- Laboratorio Nacional Brookhaven: pasión por el descubrimiento
- Lightsources.org
Coordenadas : 40 ° 52′05 ″ N 72 ° 52′35 ″ O / 40.86806 ° N 72.87639 ° W / 40,86806; -72.87639 ( NSLS )