Accelerator tager på langrend for at muliggøre laseropgradering

I dag, det amerikanske energiministeriums Thomas Jefferson National Accelerator Facility har afsendt den sidste nye sektion af acceleratoren, som den har bygget til en opgradering af Linac Coherent Light Source (LCLS). Sektionen af ​​accelerator, kaldet et kryomodul, har påbegyndt en langrendsrejse til DOE's SLAC National Accelerator Laboratory, hvor det vil blive installeret i LCLS-II, verdens lyseste røntgenlaser.

"Dette er kulminationen på syv års arbejde, " sagde Naeem Huque, cost account manager, der ledede kryomodulindsatsen hos Jefferson Lab. "Mange af personalet i Jefferson Labs Superconducting Radiofrequency Institute kom ind lige fra starten af ​​projektet, og de er her stadig og ser det af. Vi er glade for at se dette projekt afsluttes med succes."

LCLS-II er et projekt til at opgradere den eksisterende Linac Coherent Light Source (LCLS), verdens første røntgenfri-elektronlaser. Røntgenimpulserne genereret af maskinen fungerer som et kraftigt mikroskop, giver forskere mulighed for at se kemiske reaktioner i realtid, sondematerialer og mere. Når den er færdig, LCLS-II vil begynde sin regeringstid som den største og mest lysstærke røntgenfri-elektronlaser i verden.

LCLS-II vil give endnu bedre opløsning end den originale LCLS, som accelererede elektroner ved stuetemperatur og genererede 120 røntgenlaserimpulser i sekundet. Den opgraderede maskine vil accelerere elektroner ved superledende temperaturer for at generere 1 million røntgenlaserimpulser pr. sekund. Jefferson Lab er en vigtig bidragyder til opgraderingsprojektet, leverer i alt 21 kryomoduler til den nye superledende del af LCLS-II siden arbejdet begyndte i 2013.

Den superledende accelerator, der skal drive den opgraderede maskine, består af kryomoduler. Elektroner glider gennem kryomodulerne, hvor de er fyldt op med ekstra energi. Derefter, magneter får elektronerne til at zigzagge for at afgive deres energi som røntgenstråler. Den opgraderede LCLS vil prale af 37 kryomoduler i alt. Af disse, 18 er fra Jefferson Lab (plus tre reservedele), og resten kommer fra Fermilab, en anden vigtig bidragyder.

"LCLS-II kryomodulerne er de højest ydende kryomoduler, nogen nogensinde har bygget, " sagde Joe Preble, senior teamleder for LCLS-II-projektet hos Jefferson Lab. "Vi skubbede ydeevnegrænsen ud af denne slags teknologi og forvandlede den til en regulær, nøglefærdig proces."

Jefferson Lab er verdensledende inden for superledende radiofrekvensacceleratorteknologier og er hjemsted for den første storstilede SRF-accelerator. Da teamet hos Jefferson Lab bidrog til designet af, bygget, testet og afsendt disse rekordstore kryomoduler til LCLS-II, de stødte på hidtil usete udfordringer for at skubbe kryomodulteknologiens ydeevne.

"Disse meget højtydende kryomoduler er følsomme over for ting, som vi aldrig skulle bekymre os om før, ligesom vores monteringsprocedurer, måden vi behandler materialer på, måden vi bygger ting på, " sagde Preble.

Jefferson Lab modificerede sine faciliteter til at rumme kryomodulerne, som havde en anden form og størrelse end dem der kom før. Jefferson Labs medarbejdere fandt endda ud af en ny måde at sende de færdige kryomoduler på, efter nogle gik i stykker under forsendelsen.

"Vi undersøgte en masse forskellige muligheder, alt fra at leje et NASA-fly til at tage det derover, at forsøge at sende det med tog eller skib, " Forklarede Huque.

Til sidst, det lykkedes dem at forbedre sikkerheden uden at trække kryomodulerne af vejen. At sidde i en seng af fjedre for at forhindre skader fra stød, Jefferson Labs nyligt afsendte kryomodul vil køre næsten 3, 000 miles til sit hjem i LCLS-II lineær accelerator i Menlo Park, Californien, i løbet af 72 timer.

Imidlertid, Jefferson Labs arbejde med at forbedre LCLS er sandsynligvis endnu ikke afsluttet. En anden opgradering til denne accelerator kan være i horisonten:LCLS-II HE (High Energy). Hvis projektet får grønt lys, Jefferson Lab vil bygge mellem 10 og 13 flere kryomoduler med en nyere procedure. Det forventes, at disse kryomoduler vil have endnu bedre ydeevne end de 21, de lige har afsluttet.

"Jeg tror, ​​det er et af de største tegn på, at vi har gjort det rigtig godt, er, at noget, der allerede var ambitiøst, nu bliver skubbet endnu længere, " sagde Huque. HE-opgraderingen, som er kulminationen på arbejdet fra personalet på både Jefferson lab og Fermilab, vil dramatisk øge ydeevnen af ​​LCLS-II."

For nu, denne betydningsfulde endelige levering lukker bogen om Jefferson Labs del i at levere nye kryomoduler til LCLS-II, mens R&D og prototyping til HE allerede er i gang. Dens konklusion kommer takket være hjælp fra mange.

"Fra indkøbsfolk til ingeniører, videnskabsmændene, teknikerne, og administratorerne, det har krævet, at alle arbejder sammen på tværs af laboratorier for at få dette gjort, " sagde Preble. "Det er en stor succes og demonstration af den måde, som DOE skal fortsætte med at arbejde med at bygge disse nye store projekter på."