국가 싱크로트론 광원

National Synchrotron Light Source
NSLS
일반 정보
유형연구 개발 시설
읍 또는 시업턴
나라미국
좌표40°52′05″N 72°52′35″w / 40.86806°N 72.87639°W / 40.86806; -72.87639
공사시작1978
완료된1982년 UV 링
1984년 X선 반지
리노베이션1986
비용$160,000,000USD[1]
소유자에너지부.
웹사이트
원본 NSLS 웹 페이지

뉴욕주 업턴에 있는 브룩헤이븐 국립연구소(BNL)의 국립 싱크로트론 광원(NSLS)은 미국 에너지부(DOE)가 출자한 국가 사용자 연구 시설이었다. 1978년부터 1984년까지 건설되어 2014년 9월 30일 공식적으로 폐쇄된 [2]NSLS는 2세대 싱크로트론(synchrotron)으로 여겨졌다.[3]

NSLS 실험 플로어는 X선 링과 VUV(진공 자외선) 링의 두 개의 전자 저장 링으로 구성되어 적외선에서 X선에 이르는 전자기 스펙트럼에 걸친 강력하고 집중적인 빛을 제공했다. 빔라인이라 불리는 이 빛과 특수하게 설계된 실험 스테이션의 특성은 많은 연구 분야의 과학자들이 다른 방법으로는 불가능한 실험을 자신의 실험실에서 수행할 수 있게 했다.

역사

1978년 9월 28일 NSLS의 지반이 깨졌다. VUV 링은 1982년 말에 작동을 시작했고 X-ray 링은 1984년에 의뢰되었다. 1986년, 2단계 건설은 NSLS를 5만 2천 평방피트(4,800m2)까지 확장시켰고, 여기에는 사무실, 실험실, 새로운 실험 장비를 위한 공간이 추가되었다.[3] 싱크로트론 빛을 생산한 지 32년 만에 2014년 9월 30일 최종 저장 빔이 16.00 EDT에 버려졌고, NSLS는 공식적으로 폐쇄되었다.

NSLS를 건설하는 동안, 두 명의 과학자인 레나테 차스만과 조지 케네스 그린은 전자의 최적화된 굽힘과 집중을 제공하기 위해 자기 원소(자기 격자)의 특별한 주기적 배열법을 발명했다.[3] 이 디자인은 차스만-그린 격자라 불렸고, 모든 싱크로트론 저장고리의 디자인 기반이 되었다. 저장 링은 설계 시 직선 섹션과 굽힘 섹션의 개수로 특징지어진다. 구부러진 부분은 전자의 각운동량 변화로 인해 직선 부분보다 더 많은 빛을 낸다. Chasman과 Green은 스토리지 링의 직선 부분에 Gwiggler와 Undulator로 알려진 삽입 장치를 추가함으로써 설계에서 이를 설명하였다.[3] 이러한 삽입 장치는 링의 부분들 중에서 가장 밝은 빛을 생산하기 때문에 빔 라인은 일반적으로 그것들로부터 하류로 만들어진다.

VUV 링

브룩헤이븐에 있는 싱크로트론 빛을 위한 빔 라인.

국립 싱크로트론 광원의 VUV 링은 세계 최초로 작동한 2세대 광원 중 하나이다. 그것은 처음에 1976년에 디자인되었고 1983년에 의뢰되었다.[4] 1986년 2단계 업그레이드 과정에서 VUV 링에 삽입형 위글러/언던트 2개가 추가돼 3세대 광원이 등장할 때까지 진공 자외선 영역에서 가장 높은 밝기 소스를 제공했다.[4]

엑스레이 링

국립 싱크로트론 광원의 X선 링은 전용 싱크로트론 방사원으로 설계된 최초의 저장 링 중 하나이다.[5] 1978년에 최종 격자 설계가 완료되었고, 1982년 9월에 첫 번째 저장 빔을 확보하였다. 1985년까지 실험 프로그램은 급속한 발전 상태에 있었고, 1990년 말에는 2단계 빔라인과 삽입 장치가 가동되었다.[5]

디자인

전자는 빔 라인의 엔드 스테이션에서 사용된 싱크로트론 방사선을 생성한다. 전자는 100KeV 삼단 전자총에 의해 처음 생성된다.[6] 그리고 나서 이 전자들은 선형 가속기(리낙)를 통해 진행되었는데, 그 결과 120 MeV까지 도달하게 되었다.[6] 다음으로, 전자들은 그들의 에너지가 750 MeV로 증가된 부스터 링에 들어갔고,[6] 그 다음, VUV 링이나 X선 링에 주입되었다. VUV 링에서 전자는 최대 825 MeV까지, X선 링의 전자는 2.8 GeV까지 추가로 경사로 처리되었다.

일단 링, VUV 또는 X선에 들어가면, 전자는 각운동량의 변화로 인해 에너지를 잃고 궤도를 돌게 되는데, 이것은 광자의 배출을 야기한다. 이러한 광자는 백색광, 즉 다색광으로 간주되며 싱크로트론 방사선의 근원이다. 빔라인 엔드스테이션에서 사용하기 전에, 빛은 단색화기 또는 일련의 단색화기에 도달하기 전에 시준되어 단일 및 고정 파장을 얻는다.

정상 작동 중에 저장 링의 전자는 에너지를 잃었고, 따라서 링은 12시간마다(X선 링)과 4시간마다 다시 주입되었다. 시간의 차이는 VUV 빛이 파장이 크고 따라서 에너지가 낮아 부패가 더 빨리 진행되는 반면 X선은 파장이 매우 작고 에너지도 높다는 사실에서 비롯되었다.

이것은 마이크로프로세서를 사용하여 제어된 최초의 싱크로트론이었다.[7]

시설.

UV 링에는 19개의 빔 라인이 있었고, X선 링에는 58개의 빔 라인이 있었다.[8] 빔라인은 여러 가지 방법으로 운용되고 자금조달되었다. 그러나, NSLS는 사용자 시설이었기 때문에, 제안서를 제출한 과학자는 동료 검토 후 빔타임을 부여받을 수 있었다. NSLS의 빔라인은 NSLS 직원이 운용하고 사용자를 위해 빔라인의 최소 50%를 예약한 FB(Facility Beamline)와 외부 그룹에 의해 운용·직원화되며 사용자를 위해 빔라인의 최소 25%를 예약한 참여연구팀(PRT) 빔라인이 있었다.

각각의 X선 빔 라인에는 오두막이라는 엔드스테이션이 있었다. 이것들은 빔의 전리방사선으로부터 사용자를 보호하기 위해 강철과 납유리와 같은 방사선 차폐재로 만들어진 큰 외함이다. X선 바닥에서는 X선 회절, 고해상도 분말 회절(PXRD), XAFS, DAFS(X선 회절 변칙적인 미세구조), WEWS, SACS 등 사용된 기법을 이용한 실험이 많았다.

VUV 링에서 엔드스테이션은 대개 XPS, UPS, LEEM, NEXAFS 등의 방법을 사용하여 실험을 수행하는 데 사용되는 UHV(초고진공) 챔버였다.

일부 빔 라인에서는 질량 분광계, 고출력 레이저 또는 기체 크로마토그래피 질량 분광계 등 싱크로트론 방사선과 함께 사용되는 다른 분석 도구가 있었다. 이러한 기법들은 엔드스테이션에서 수행된 실험을 보완하고 더 잘 계량화하는 데 도움이 되었다.

성과 및 통계

노벨상

2003년 로데릭 맥키넌은 뉴런 이온 채널의 구조를 해독해 노벨 화학상을 받았다. 그의 작업은 부분적으로 NSLS에서 수행되었다.[9] 2009년에는 벤카트라만 라마크리쉬난과 토마스 A. Steitz , 그리고 Ada E. 요나스는 NSLS와 다른 싱크로트론 광원에서 X선 결정학을 사용하여 원자 분해능으로 리보솜을 이미징한 공로로 노벨 화학상을 수상했다.[10]

사용자 통계

국립 싱크로트론 광원은 2009년 미국 41개 주와 다른 30개국에서 2,200명 이상의 사용자를 호스팅했다.[11] 2009년에는 학술지 출판물 658건, 학술지 출판물, 도서, 특허, 논문, 보고서 등 총 764건의 출판물이 있었다.[12]

NSLS-II

NSLS는 30년 이상의 서비스 기간을 거쳐 2014년 9월 30일 영구 정지되었다.[2] 1만 배 밝은 NSLS-II로 대체되었다.[13]

참고 항목

참조

  1. ^ "NSLS Everyday Science". bnl.gov. Archived from the original on March 21, 2012. Retrieved March 28, 2011.
  2. ^ a b NSLS에서의 마지막 빛
  3. ^ a b c d "A Brief History of the NSLS". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  4. ^ a b "VUV Storage Ring". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  5. ^ a b "X-Ray Storage Ring". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  6. ^ a b c "Booster & Linac Ring". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  7. ^ "Distributed Control System for the National Synchrotron Light Source" (PDF). IEEE Transactions on Nuclear Science. Retrieved December 13, 2015.
  8. ^ "List of Beamlines by Number". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  9. ^ "Nobel Prize 2003 Chemistry Prize, Roderick MacKinnon". Bnl.gov. Retrieved March 17, 2010.
  10. ^ "Nobel Prize 2009 Chemistry Prize, Venkatraman Ramakrishnan and Thomas A. Steitz". Bnl.gov. Retrieved July 25, 2012.
  11. ^ "National User Facilities at Brookhaven Lab" (PDF). BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  12. ^ "NSLS Activity Report 2009". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.
  13. ^ "About the NSLS-II Project". BNL.gov. Retrieved August 4, 2010.

외부 링크

좌표: 40°52′05″N 72°52′35″W / 40.86806°N 72.87639°W / 40.86806; -72.87639(NSLS)