先进光源升级项目的里程碑将带来一个新的环

时间:2020-01-11 19:39 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

先进光源升级项目的里程碑将带来一个新的环

美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)对先进光源(ALS)的升级已经通过了一个重要的里程碑,这将有助于保持ALS的世界领先能力。

12月23日,美国能源部批准了一项关键的融资步骤,允许该项目开始建设一个新的内部电子储存环。这个内环被称为蓄能器环,它将为升级后的设施提供主要的发光储存环,是升级项目(ALS-U)的一部分。

这一最新的批准被称为CD-3a,它批准了一笔用于购买设备的重要资金的发放,并正式批准了蓄能器环的开工建设。这一批准是能源部“关键决策”过程中的一个重要步骤,该过程涉及到几个关键项目阶段的深入审查。

“这是令人兴奋的,终于能够开始建设,看到我们所有的努力成果,并取得了一步接近下一代光源,”美国宇航局-大学项目主任大卫罗宾说。

肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)通过将电子加速到接近光速并引导它们沿圆形路径运动,从而产生从红外线到高能x射线等一系列波长的超光速光。

强大的磁铁阵列使电子束弯曲,使其发出的光被引导到几十条光束上,用于从物理学、医学、化学到生物学和地质学等广泛科学领域的实验。每年有来自世界各地的2000多名科学家在这里进行实验。

更明亮、更像激光的光束和“回收”的电子

除了安装蓄能器环外,升级项目还将用下一代存储环取代现有的主存储环,将光源处的光束尺寸从100微米(百万分之一米)减小到10微米以下。

蓄能器环和升级后的主储存环的组合将使关键能量下的光束亮度至少提高100倍,并通过增强相干性使光束更像激光。这将使揭示样品的纳米尺度特征,实时观察化学过程和材料的功能成为可能。

今天,ALS的电子首先被一个线性(直线)加速器和一个助推器环加速,然后再被转移到储存环,储存环将光传送到光束线上。升压后,从升压环出来的电子会进入到蓄压环,这样就减小了电子束的尺寸和扩散,在把电子束转移到储存环之前,会从升压环上积累多批或“注入”电子束。

减少蓄电池环梁概要文件,连同一个创新技术交换电子串ALS戒指和使用改进的磁设备之间称为波纹机摆动的电子和有助于缩小路径光他们emit-will使更高的亮度升级的肌萎缩性侧索硬化症。

蓄电池环也将“回收”进入的电子束——通过一条从主储存环来的传输线路,这条传输线路有一个耗尽的电荷。它将使它们恢复到更高的电量,并将其反馈到存储环中。

先进光源升级项目的里程碑将带来一个新的环

这种电子束回收,被称为“束束列车换出”,是ALS升级后的一个独特设计特点,如果在全球其他加速器设施中采用,也会很有用。它将减少失去电子的数量,从而减少工厂生产电子的工作量。

为了使电子集束列车能够在蓄电池环、升压器环和储存环之间进行精确定时的交换,需要三条传输线路。

其中一条转移线将电子从助推器环传递到蓄电池环,在此过程中,电子束的大小将减小,电荷将逐渐增加,然后再通过另一条转移线传递到主储存环。第三个转移线将允许多余的电子,否则会被丢弃,重新进入蓄能器环重用。

“每个升级项目都应该对加速器技术做出贡献,并以某种方式推动该领域向前发展,”罗宾说。“欧洲和美国最新的设备和升级已经实现了我们正在使用的技术。我们的主要贡献之一是使用带束式换向喷射的蓄电池。

在“软”和“软”x射线科学的前沿

罗宾相信,克里斯多夫斯泰尔,谁是加速器系统的领导,为ALS-U项目,和他的团队开发束列车切换技术和相关技术是至关重要的设施的性能提高。

ALS-U项目将使该设施处于使用“软”x射线研究的前沿,这种x射线非常适合研究材料的化学、电子和磁性能。软x射线可用于涉及碳、氧和氮等较轻元素的研究,其能量低于能更深入地穿透样品的“硬”x射线。

它还将扩大“软”x射线的使用范围,这种x射线的能量范围介于硬x射线和软x射线之间,可用于地球、环境、能源和凝聚态物质科学的研究。

但是实现这种性能是一个棘手的壮举,负责ALS-U项目加速器移除和安装的Daniela Leitner指出。主储存环被安置在厚厚的混凝土隧道中,设计的目的是为了容纳一个环,现在的升级要求第二个环被挤进去。

蓄压环以迷你ALS的功能,将提升新蓄压环的性能

“我们需要制造一个‘迷你肌萎缩侧索硬化症’,”莱特纳以蓄能器环的形式说。蓄能器环的周长约为600英尺,而主储存环的周长约为640英尺。它必须安装在离地面6.5英尺的地方,在某些地方只比天花板低7英寸,并且紧贴着内墙,这样工人们才能安全地通过ALS隧道。

罗宾指出,“这是一个复杂的逻辑‘舞蹈’。这是一个非常有限的空间,现有隧道里的设备必须移动才能腾出空间。”

先进光源升级项目的里程碑将带来一个新的环

蓄能器环设计紧凑,与现有的存储环相比,重量、占地面积和功耗都有所减少。

蓄能器环的安装——由CD-3a基金提供支持——也将经过精心安排,以尽量减少对ALS操作的干扰,安装工作将在未来几年定期停机。肌萎缩性脊髓侧索硬化症通常在计划的维护停机时间之外运行24/7。

该计划是安装和测试蓄能器环之前,一个计划的一年关闭与潜力测试新的环,甚至在定期ALS操作。停机时间称为“黑暗时间”,允许移除现有的存储环并安装新的存储环。

提前安装蓄能器环可以使项目团队最小化停机时间,这将需要移除和更换400吨设备。这个项目的最后阶段计划在几年后开始。

蓄能器环将为工厂带来约80吨的新设备,预计在2020年夏天开始建设。需要安装的主要设备有几十个,包括帮助弯曲和聚焦电子束的特殊磁性设备。这些磁性装置是一组七个部件的一部分,必须安装在12个ALS扇区中的每个扇区,并通过真空管连接。

蓄能器环的安装预计需要53,000个工作小时,需要安装数千根电缆。

原型和模拟,以简化组装、安装和故障排除

ALS-U项目团队已经建立并获得了蓄能器环关键部件的原型,并在设计高度构建了部分蓄能器环设备的模型,以找到最佳的安装方法。项目人员还将建造装备齐全的蓄能器环,以测量它们的校准,并在安装之前测试集成的硬件,以帮助加速这一过程。

莱特纳说,大约80%的安装工作可以由吊车协助完成,吊车可以将重型设备吊入隧道,但也有一些计划是为了方便安装而设计高台,以及在吊车无法使用的地方安装定制电梯。

Steier说,在加速器模拟方面的技术改进应该有助于排除故障,并在蓄电池环和储存环调试可能出现的潜在问题之前消除这些问题。这些算法考虑了未对准的磁铁和电源波动,例如,在建造大型加速器设施时经常出现的情况。

他说:“一般来说,我们事先会模拟一切,随着时间的推移,这些模拟会变得更加精确。”

罗宾说:“我真的为这支球队过去几年取得的成绩感到骄傲。”

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