Aggiornamento della sorgente luminosa avanzata approvato per l'avvio della costruzione

L'Advanced Light Source (ALS), una struttura per utenti scientifici presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia, ha ricevuto l'approvazione federale per iniziare la costruzione di un aggiornamento che aumenterà la luminosità dei suoi fasci di raggi X almeno un centuplo.

"L'aggiornamento dell'ALS è un'impresa ingegneristica straordinaria che ci fornirà uno strumento scientifico ancora più potente", ha affermato il direttore del Berkeley Lab Michael Witherell. "Non vedo l'ora di vedere in quanti modi i ricercatori lo utilizzeranno per migliorare il mondo e affrontare alcune delle sfide più grandi che la società odierna deve affrontare."

Gli scienziati utilizzeranno l'ALS aggiornato per ricerche che spaziano dalla biologia; chimica; fisica; e scienze dei materiali, dell'energia e dell'ambiente. La luce più brillante, più simile al laser, aiuterà gli esperti a comprendere meglio cosa sta succedendo su scale estremamente piccole mentre hanno luogo reazioni e processi. Queste intuizioni possono avere una vasta gamma di applicazioni, come il miglioramento delle batterie e delle tecnologie energetiche pulite, la creazione di nuovi materiali per sensori e computer e lo studio della materia biologica per sviluppare farmaci migliori.

"Questa è la cosa meravigliosa dell'ALS: le applicazioni sono così ampie e l'impatto è così profondo", ha affermato Dave Robin, il direttore del progetto per l'aggiornamento dell'ALS. "Ciò che mi entusiasma davvero ogni giorno è sapere che, una volta completato, l'aggiornamento dell'ALS consentirà ai ricercatori di compiere progressi scientifici in molte aree diverse per i prossimi 30 o 40 anni."

L'approvazione del DOE, nota come Decisione Critica 3 (CD-3), rilascia formalmente fondi per l'acquisto, la costruzione e l'installazione di aggiornamenti all'ALS. Ciò include la costruzione di un anello di stoccaggio e di un anello di accumulatore completamente nuovi, la costruzione di quattro linee di luce (due nuove e due migliorate) e l'installazione di aggiornamenti sismici e di schermatura per la struttura in cemento che ospita le apparecchiature. Il progetto da 590 milioni di dollari rappresenta il più grande investimento effettuato dal Berkeley Lab da quando l’ALS è stato costruito nel 1993.

"Il nostro team ha trascorso anni a progettare ogni singolo magnete, componente del sistema di vuoto, cavità RF [radiofrequenza], alimentatore e il resto del design personalizzato", ha affermato Robbie Leftwich-Vann, project manager del Berkeley Lab per l'aggiornamento. "È emozionante uscire dalla carta ed entrare nel mondo dell'installazione di cose e renderle reali."

L'ALS genera raggi X facendo circolare gli elettroni attraverso un anello di accumulazione di 600 piedi di circonferenza. Mentre gli elettroni viaggiano attraverso questa serie di magneti, irradiano luce lungo le linee di luce verso le stazioni dove i ricercatori conducono esperimenti. La luce è disponibile in molte lunghezze d'onda, ma l'ALS è specializzato in raggi X "molli" che rivelano le proprietà elettroniche, magnetiche e chimiche dei materiali.

L’ALS aggiornato utilizzerà un nuovo anello di accumulazione con magneti più avanzati in grado di orientare e focalizzare meglio gli elettroni, creando a loro volta fasci di luce più luminosi e più stretti. Ciò comprimerà i fasci di raggi X da circa 100 micron (millesimi di millimetro) a solo pochi micron di larghezza, il che significa che i ricercatori potranno visualizzare i loro campioni con una risoluzione ancora più fine e su scale temporali più brevi. È come passare dalla fotocamera di un cellulare in condizioni di scarsa illuminazione a una fotocamera ad alta velocità top di gamma in piena luce diurna.

Il profilo del fascio della sorgente luminosa avanzata del Berkeley Lab oggi (a sinistra), rispetto al fascio altamente focalizzato (a destra) che sarà disponibile dopo l'aggiornamento. (Credito: Berkeley Lab)

"Con l'aggiornamento, saremo in grado di studiare regolarmente come cambiano i campioni in 3D, cosa che attualmente è molto difficile da fare", ha affermato Andreas Scholl, fisico del Berkeley Lab e direttore ad interim della divisione ALS. "Uno dei nostri obiettivi è trovare e sviluppare i materiali che saranno essenziali per la prossima generazione di tecnologie in settori come lo stoccaggio dell'energia e l'informatica."

Con 40 linee di luce e oltre 1.600 utenti all'anno, l'ALS supporta una varietà di ricerche. Ad esempio, i ricercatori possono osservare come i microbi scompongono le tossine, studiare come le sostanze interagiscono per produrre celle solari o biocarburanti migliori e testare materiali magnetici che potrebbero avere applicazioni nella microelettronica. I team costruiranno due nuove linee di luce ottimizzate per sfruttare la luce migliorata e riallineeranno e aggiorneranno diverse linee di luce esistenti.