De twee nieuwe bundellijnen zullen worden gebouwd als onderdeel van een uitgebreide upgrade van de APS, het verbeteren van zijn capaciteiten en het behouden van zijn status als een wereldleidende faciliteit voor röntgenwetenschap.

In een sociaal afstandelijke ceremonie vanmorgen in het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), leiders van DOE, Argonne en de Universiteit van Chicago hebben baanbrekend werk verricht over de toekomst van de röntgenwetenschap in de Verenigde Staten.

De kleine bijeenkomst van vandaag markeerde het begin van de bouw van het Long Beamline-gebouw, een nieuwe experimenthal met twee nieuwe bundellijnen die de ultraheldere röntgenstralen die worden gegenereerd door de Advanced Photon Source (APS) naar geavanceerde wetenschappelijke instrumenten zullen transporteren. Het zal worden gebouwd als onderdeel van de upgrade van $ 815 miljoen van de APS, een DOE Office of Science User Facility en een van de meest productieve lichtbronnen ter wereld. De APS, die in wezen een röntgenmicroscoop ter grootte van een stadion is, trekt meer dan 5, 000 wetenschappers van over de hele wereld om elk jaar onderzoek te doen op vele gebieden, variërend van scheikunde tot biowetenschappen, materiaalwetenschap tot geologie.

"De upgrade van de APS is niet alleen een spannend wetenschappelijk project, maar het is essentieel om ervoor te zorgen dat Argonne en de Verenigde Staten wereldleiders blijven op het gebied van röntgenwetenschap, " zei DOE onderminister van Wetenschap Paul Dabbar, die de plechtigheid van vandaag bijwoonden. 'Een geüpgraded APS, inclusief deze twee langere bundellijnen, zal leiden tot nieuwe innovaties op het gebied van energie-efficiëntie, duurzamere materialen en meer hulpmiddelen om virale pandemieën te bestrijden."

De APS-upgrade vervangt de toch al krachtige elektronenopslagring in het hart van de faciliteit door een ultramodern magneetroostersysteem dat de helderheid van de gegenereerde röntgenstralen tot 500 keer zal verhogen. Als onderdeel van dit project, negen nieuwe bundellijnen zullen rond de bestaande opslagring worden gebouwd om verschillende onderzoeksdoelen te vergemakkelijken; het Long Beamline Building zal er twee huisvesten.

"De APS-upgrade is een hoeksteen van de toekomst van Argonne, " zei Argonne-directeur Paul Kearns. "In combinatie met andere unieke bronnen zoals de supercomputers van Argonne, de nieuwe bundellijnen bij de verbeterde APS zullen het nastreven van wetenschap mogelijk maken op een schaal die voorheen voor onmogelijk werd gehouden, grotere impact van doorbraken in de gezondheidszorg mogelijk maken, productie, nationale veiligheid, vervoer en energie."

Zoals de naam impliceert, de bundellijnen in het Long Beamline-gebouw zullen ongeveer drie keer langer zijn dan die momenteel bij de APS, het sturen van fotonen verder van de bron om de te analyseren monsters te bereiken. Deze afstand zorgt voor meer gerichte röntgenstralen, waardoor wetenschappers kunnen kijken naar iets dat zo klein is als de fijnste structuur in zelfs de meest compacte computerchip, live.

De nieuwe faciliteiten zullen ook meer mogelijkheden bieden voor in situ beeldvorming, wat betekent het observeren van monsters terwijl wetenschappers de omgeving om hen heen veranderen. Dit zal een nauwkeurige meting van de impact van temperatuur mogelijk maken, druk en andere factoren op geavanceerde materialen, een belangrijke stap in de richting van het creëren van de volgende generatie componenten voor alles, van vliegtuigmotoren tot zonnecellen.

"Ons doel is om de meest geavanceerde en uitgebreide faciliteit te creëren die we kunnen voor de wetenschappers uit de hele Verenigde Staten en over de hele wereld die de APS gebruiken, " zei Robert Hettel, projectdirecteur voor de APS Upgrade. "Deze verbeteringen zullen een game changer zijn voor de faciliteit, en voor röntgenwetenschap als geheel."

Het Long Beamline-gebouw zal huisvesten:

• De in situ nanosonde (ISN): Deze bundellijn van 250 meter (820 voet) is speciaal ontworpen voor strak gefocuste in-situ beeldvorming. Zijn straal kan tot 20 nanometer scherpstellen, en het biedt voldoende ruimte tussen de optica en het monster om de omgeving van het monster te veranderen (door temperatuur, druk en andere methoden) en volg het effect van deze veranderingen met een uiterst fijne resolutie. Een toepassing van de ISN zou een nauwkeuriger begrip zijn van elektrochemische reacties in batterijen, die naar verwachting zal leiden tot doorbraken in het verlengen van de levensduur van de batterij.
• De hoogenergetische röntgenmicroscoop (HEXM): Ontworpen voor röntgenstralen met hogere energie die kunnen doordringen in dichtere materialen, deze bundellijn van 180 meter (590 voet) combineert die energie met een groter scherpstelvermogen. Hierdoor kunnen wetenschappers de samenstelling van materialen nauwkeuriger in kaart brengen, en het potentieel van HEXM voor in-situ metingen zal het een bestemmingsbundellijn maken voor materiaalwetenschap en technische toepassingen. Een toepassing zou zijn om de bladen van vliegtuigmotoren onder spanning te testen, om te zien waar scheuren ontstaan ​​in de materialen waarvan ze zijn gemaakt en om te leren hoe ze te voorkomen.

De ceremonie van vandaag gaf symbolisch de start van de bouwfase van het Long Beamline Building, het enige extern zichtbare deel van de APS-upgrade.

"De Universiteit van Chicago is trots op haar lange samenwerking met Argonne en de APS, " zei Juan de Pablo, Vice-president voor National Laboratories aan de Universiteit van Chicago, die de plechtigheid van vandaag bijwoonden. "We kijken uit naar nog vele jaren van vitale, wereldveranderend onderzoek in de verbeterde faciliteit."

De bouw start dit najaar, met een voorgestelde einddatum medio 2022 voor de Long Beamline Building. Het eerste licht voor de APS-upgrade wordt eind 2023 verwacht.

"De APS-upgrade zal transformerend zijn, " zei Stephen Streiffer, Argonne's plaatsvervangend laboratoriumdirecteur voor wetenschap en technologie en directeur van de APS. "Voor gebruikers van de APS, het zal zijn als het verschil tussen lopen en vliegen in een straalvliegtuig. Het zal een revolutie teweegbrengen in ons vermogen om de grenzen en horizonten van de wetenschap te verkennen, en het Long Beamline-gebouw stelt ons in staat om ten volle te profiteren van de mogelijkheden van de upgrade."