Алмаз жарық көзі - Diamond Light Source

Алмаз жарық көзі
DiamondLogo.png
Қалыптасу~2001
ШтабЧилтон, Оксфордшир, Біріккен Корольдігі
КөшбасшыПрофессор Эндрю Харрисон
Веб-сайтгауһар.ac.uk
Қардағы гауһар жарық көзі, 2018 ж.

Алмаз жарық көзі (немесе Алмаз) Ұлыбританияның азаматы болып табылады синхротронды жарық көзі орналасқан ғылыми нысан Harwell ғылыми-инновациялық кампусы жылы Оксфордшир. Оның мақсаты - өндіріс қарқынды жарық сәулелері оның ерекше сипаттамалары ғылыми зерттеулердің көптеген салаларында пайдалы. Атап айтқанда, оны көптеген материалдардың құрылымы мен қасиеттерін зерттеу үшін қолдануға болады белоктар (жаңа және жақсы дәрілік заттарды жобалау үшін ақпарат беру) және инженерлік компоненттер (аэро қозғалтқыштың желдеткіш қалақшасы сияқты)[1]археологиялық жәдігерлерді сақтауға (мысалы.) Генрих VIII флагманы Мэри Роуз[2][3]).

Әлемде 50-ден астам жарық көзі бар.[4] 3 ГэВ энергиямен алмаз - қазіргі уақытта 32 сәулелік сызықпен жұмыс істейтін орташа энергетикалық синхротрон.

Жобалау, құрылыс және қаржы

Diamond Light Source ғимараты

Diamond синхротроны - бұл Ұлыбританияда қаржыландырылған, содан бері Ұлыбританияда салынған ең ірі ғылыми мекеме Нимродты протонды синхротрон кезінде отырды Резерфорд Эпплтон зертханасы 1964 ж. жақын объектілерге ISIS Нейтрон және Муон көзі, Орталық лазерлік қондырғы және Гарвелл мен Кулемдегі зертханалар (соның ішінде Бірлескен Еуропалық Торус (JET) жобасы). Ол Чеширдегі Даресберидегі екінші буын синхротронын ауыстырды.

1990 жылдардағы алғашқы жұмыстардан кейін 2001 жылы ғалымдар соңғы жобалау жұмысын аяқтады Даресбери зертханасы; Құрылыс содан кейін DIAMOND Light Source Ltd операциялық компаниясы құрылғаннан кейін басталды, DIAMOND атауын алғашында Майк Пул (DIAMOND жобасының бастамашысы) ойлап тапқан және қысқартылған мағынада тұрған DIполюс And Мultipole Oүшін қорытынды Nation at Д.аресбери. Қазір орналасқан жері Дэрсбери емес, Оксфордшир болғандықтан, бұл атау синхротронды жарықтың екеуін де қатты көрсетеді («қатты» рентген аймағын білдіреді) электромагниттік спектр ) және жарқын.

Diamond өзінің алғашқы пайдаланушы сәулесін 2007 жылдың қаңтар айының соңына қарай шығарды және оны ресми түрде ашты Королева Елизавета II 2007 жылғы 19 қазанда.[5][6]

Нысанды Diamond Light Source Ltd басқарады,[7] а бірлескен кәсіпорын компания 2002 жылдың наурызында құрылған. Компания 86% қаржыландыруды Ұлыбритания үкіметінен алады (STFC арқылы) және 14% Жақсы сенім. Синхротрондық ғимараттың, оның ішіндегі үдеткіштердің, алғашқы жеті тәжірибелік станцияның (сәулелік сызықтардың) және іргелес кеңсе блогының, Diamond House құнын жабатын алмазды салуға 260 миллион фунт жұмсалды. Ғимарат пен синхротронды залдың құрылысы басталды Costain Ltd..

Синхротрон

Алмаз генерациялайды синхротронды жарық бастап толқын ұзындығында Рентген сәулелері дейін алыс инфрақызыл. Бұл сондай-ақ ретінде белгілі синхротронды сәулелену және электромагниттік сәулелену маңында жүретін зарядталған бөлшектер шығарады жарық жылдамдығы. Ол әр түрлі типтегі заттардың құрылымы мен мінез-құлқын зерттеуге арналған үлкен эксперименттерде қолданылады.

Алмаз қолданатын бөлшектер электрондар 3 энергиясымен жүру GeV [8] айналасы 561,6 м сақина. Сақтау сақинасы - бұл шынайы шеңбер емес, иілгіш магниттермен (дипольдік магниттермен) бұрышталған тік қималардың 48 қырлы көпбұрышы.[9] Электрондарды сақина айналасында басқаратын иілгіш магниттерден магниттік тарту. Алмаз үшінші буынның жарық көзі болғандықтан, қондырғы қондырғылары деп аталатын магниттердің арнайы массивтерін пайдаланады. Кірістіру қондырғылары электрондардың толқынды қозғалуына әкеледі және олардың бағыттардың кенеттен өзгеруі электрондардың иілгіш магнит арқылы жүру кезінде бір иілуге ​​қарағанда жарқын, электр-магниттік сәулеленудің сәулесін шығарады. Бұл тәжірибе үшін қолданылатын синхротронды жарық. Алайда, кейбір сәулелік сызықтар иілгіш магниттен сәулені қондырғы қажет етпестен пайдаланады.

Электрондар бұл жоғары энергияға 3 ГэВ сақтау сақинасына енгізілгенге дейін бірқатар үдеткіш кезеңдері арқылы жетеді:

Алмаз синхротроны күмісте орналасқан тороидты ауданы 43800 шаршы метрден асатын немесе алтыдан астам аумақты құрайтын, айналасы 738 м ғимарат футбол алаңдары. Мұнда сақина және бірқатар сәулелер,[10] сақинаның ортасына орналастырылған сызықтық үдеткіш пен үдеткіш синхротронмен. Бұл сәулелік сызықтар - бұл синхротронды жарықтың заттармен әрекеттесуі қолданылатын зерттеу станциялары. Diamond 2007 жылы іске қосылған кезде жеті сәулелік сызық қол жетімді болды, құрылыс жалғасқан сайын желіге көбірек қосылды. 2019 жылғы сәуірдегі жағдай бойынша 32 сәулелік сызық жұмыс істеді. Алмаз, сайып келгенде, өмірді, физикалық және экологиялық ғылымдарды қолдайтын шамамен 33 сәулелік линияларды орналастыруға арналған.

Алмаз сонымен бірге 11 электронды микроскоптың үйі болып табылады, оның тоғызы - өмір ғылымдарына мамандандырылған крио-электронды микроскоптар, оның екеуі Thermo Fisher Scientific-пен серіктестікте өнеркәсіпте қолдануға арналған; қалған екі микроскоп алдыңғы қатарлы материалдарды зерттеуге арналған.[11] Өмір туралы ғылымдарға арналған тоғыз электронды микроскоп электронды био-бейнелеу орталығының (eBIC) құрамына кіреді, бұл Ұлыбританияның ұлттық мекемесі болып табылады. крио-электронды микроскопия. eBIC 2018 жылдың қыркүйегінде Нобель сыйлығының лауреаты ашты Ричард Хендерсон Бұл қондырғыдағы эксперименттік әдістемелер биологиялық макромолекулалардың бір бөлшекті анализін, жасушалық томографияны, электронды кристаллографияны және крио-фокустық ион сәулесін сканерлейтін электронды микроскопияны қамтиды. Электрондық физикалық бейнелеу орталығы (ePSIC) - бұл 2017 жылы ашылған аберрациялық түзетілген трансмиссиялық электронды микроскопия орталығы. Джонсон Маттей және Оксфорд университетімен бірлесіп, екі электронды микроскоп Diamond-да орналасқан.

Beamlines

Алмаз жұмысын жеті сәулелік сызықпен бастады:

  • Интенсивті температура мен қысым кезінде материалдарды зерттеуге арналған шектен тыс жағдайлар (I15).
  • Материалдар мен магнетизм сәулесі (I16) материалдардың электронды және магниттік қасиеттерін атом деңгейінде зерттеуге арналған.
  • Ақуыздарды қоса алғанда, күрделі биологиялық үлгілердің құрылымын түсінуге арналған үш макромолекулалық кристаллографиялық сәулелер (I02, I03 & I04).
  • Микрофокустық спектроскопия сәулесі (I18) ай материалдары мен геологиялық сынамалар сияқты күрделі материалдардың химиялық құрамын бейнелеуге қабілетті.
  • Құрылымдар мен құрылғыларды миллиметрдің бірнеше миллионнан бір бөлігінде бейнелеуге қабілетті нанотехникалық сәуле (I06).

Содан бері сәулелік сызықтар қосылды және жаңартылды, ол қазір 32 сәулелік сызықпен жұмыс істейді. Әрі қарай сәуле желісі өзінің алғашқы зерттеушілерін 2020 жылдың ортасында қарсы алады.

  • I22 - тірі ағзаларды, полимерлерді және коллоидтарды қоса алғанда, ірі, күрделі құрылымдарды зерттеуге арналған кристалды емес дифракциялық пәнаралық сәуле.
  • B16 - оптика, детекторлар мен зерттеу әдістерінің жаңа әзірлемелерін сынау үшін иілу магнитінде сәулелік сызықты сынау.
  • I19 - жаңа катализаторлар мен «ақылды» электронды материалдар сияқты шағын молекулалы кристалды материалдардың құрылымын анықтауға арналған бір кристалды дифракциялы шағын молекулалар.
  • I11 - жоғары температуралы жартылай өткізгіштер мен фуллерендерді қоса алғанда, күрделі материалдардың құрылымын зерттеуге мамандандырылған жоғары рұқсатты ұнтақ дифракциялық сәулесі.
  • I24 - Ірі макромолекулалардың құрылымы мен тірі организмдердегі олардың қызметі арасындағы байланысты зерттеуге арналған макромолекулалық кристаллографиялық сәуле микрофокусы.
  • B23 - ақуыздар, нуклеин қышқылдары және хирал молекулалары сияқты материалдардағы құрылымдық, функционалдық және динамикалық өзара әрекеттесуді бақылай алатын өмірлік ғылымдар мен химияға арналған дөңгелек дихроизм сәулесі.
  • I12 - бірлескен инженерлік, экологиялық және қайта өңдеу (JEEP) сәулелері жоғары энергияны дифракциялауға және нақты жағдайларда инженерлік компоненттер мен материалдарды бейнелеуге арналған көп мақсатты қондырғыны ұсынады.
  • 104-1 - Белсенді толқын ұзындығы монохроматикалық MX станциясы, біреуі бір макромолекулалық кристаллографиялық сәулелермен түзу I04 бөліседі, ақуыз кешендерінің құрылымын зерттеу үшін қозғалмайтын энергия сәулесін қолданатын тәуелсіз станция.
  • I20 - фундаменталды ғылымды қолдау үшін химиялық реакцияларды зерттеуге және физикалық және электронды құрылымдарды анықтауға арналған жан-жақты рентген спектрометрін қамтитын рентгендік спектроскопия (XAS-3).
  • I07 - әр түрлі қоршаған орта жағдайындағы беттер мен интерфейстердің құрылымын, соның ішінде жартылай өткізгіштер мен биологиялық пленкаларды зерттеуге арналған беткі және интерфейсті жоғары дифракциялық сәуле сызығы.
  • B18 - рентгендік-сіңіру спектроскопиясының, соның ішінде жергілікті құрылым мен белсенді компоненттердің электронды күйінің кең ауқымын қолдайтын және сұйықтықтарды, кристалды және кристалды емес (аморфты фазалар мен коллоидтар) қатты, беттерді қамтитын материалдарды зерттеуге арналған негізгі EXAFS және биоматериалдар.
  • B22 - Инфрақызыл микроспектроскопия - химиялық құрылымды анықтаудың күшті және жан-жақты әдісі, сезімталдық пен кеңістіктің ажыратымдылығының жаңа деңгейлерін шығарады, содан кейін өмір мен физика ғылымдарының кең ауқымына әсер етеді.
  • I10 - Жұмсақ рентгендік резонанстық шашырауды (шағылысу және дифракция) және рентгендік сіңіруді қолдана отырып, магниттік дихроизм мен магниттік құрылымды зерттеуге арналған кеңейтілген дихроизм тәжірибелеріне арналған сәуле (BLADE) және спектроскопиялық қасиеттерге бағытталған жаңа зерттеулердің кең спектрі. жаңа наноқұрылымды жүйелердің магниттік реттелуі.
  • I13 - рентгендік бейнелеу және микро және нанобъектілердің құрылымын зерттеуге арналған когеренттілік. Ақпарат тікелей кеңістікте немесе кері кеңістікте жазылған деректерді инвертирлеу (дифракция) арқылы алынады. Динамикалық зерттеулер рентгендік фотондық корреляциялық спектроскопиямен (XPCS) және тесікке негізделген ультра-кіші бұрышты шашыратумен (USAXS) әр түрлі уақыт пен ұзындық шкалаларында орындалады.
  • I09 - Беттік және интерфейс құрылымдық талдауы (SISA) бірдей үлгі аумағына бағытталған аз энергияны және жоғары энергия сәулелерін біріктіреді және беттер мен интерфейстердің құрылымын анықтауда, сондай-ақ наноқұрылымдарда, биологиялық және күрделі материалдарды зерттеуде жетістіктерге қол жеткізеді .
  • I05 - Бұрышта шешілген фото-эмиссиялық спектроскопия (ARPES). Бұл сәулелік сызық - электронды құрылымдарды бұрышпен шешілген фотоэмиссиялық спектроскопия арқылы зерттеуге арналған қондырғы.
  • I08 - Жұмсақ рентгендік микроскопия материалтану, жер және қоршаған ортаны қорғау, биологиялық және био-медицина ғылымдары, сондай-ақ мәдени мұрамыздың ғылыми аспектілері сияқты көптеген қолданбалы мүмкіндіктерге ие.
  • B21 - жоғары өткізгіштігі бар кіші бұрыштық рентгендік шашырау (SAXS) сәулесі кристалды емес, кездейсоқ бағытталған бөлшектерді зерттеуге арналған. SAXS өлшемдерін кез-келген физикалық күйде кез-келген үлгі түріне қарай анықтауға болады.
  • I23 - Ұзын толқын ұзындығындағы макромолекулалық кристаллография - бұл ақуыздың немесе РНҚ / ДНҚ кристалдарында болатын күкірттің немесе фосфордың аномальды сигналдарын қолдана отырып, кристаллографиялық фаза мәселесін шешуге арналған бірегей құрал.
  • B24 - Биологияға арналған толық далалық крио-трансмиссиялық рентгендік микроскоп биологиялық жасушаларды бейнелеуге байланысты талаптардың негізінде жасалған.
  • I14 - қатты рентгендік нанопроб сәулесі. I14 - бұл материалдардың үлкен ауқымының құрылымы мен құрамын анықтау үшін рентгендік флуоресценция мен дифракция әдістерін қолданатын сканерлеу зондының сәулелік сызығы.
  • I21 - серпімді емес рентгендік шашырау (IXS). Бұл сәулелер үлгілердің магниттік, электронды және торлы динамикасын зерттеу үшін жоғары мотивацияланған, бағдарланған және реттелетін рентген сәулелерін шығарады.
  • B07 - VERSOX: Әмбебап жұмсақ рентген сәулесі газ-фазалық реакция жағдайындағы катализаторларды зерттеуге арналған, олардың атмосфералық ғылым саласындағы табиғи жағдайдағы үлгілерді зерттеуге арналған. Қазіргі уақытта B07 рентгендік фотоэлектронды спектроскопияны (XPS) жоғары өлшеуді және қоршаған қысымды ортада кеңейтілген рентгендік сәуле жұту құрылымын (NEXAFS) спектроскопиямен өлшеуге мүмкіндік беретін екінші тармақты орнату процесінде.
  • I15-1 Рентгендік жұптың шашырауын тарату функциясы
  • VMXm - көп жақты макромолекулалық кристаллография микро. Бұл сәуле сызығы атом құрылымын анықтайды, мұнда үлкен кристаллдар алу қиын немесе әлсіз дифракцияға ұшырайды.
  • VMXi - in situ жан-жақты макромолекулалық кристаллография - бұл тек кристаллдау эксперименттерінен алынған мәліметтерді жинауға арналған алғашқы сәуле сызығы. Бұл мыңдаған қолданушыларды кристалдандыру тәжірибелерін сақтауға арналған қондырғысы бар, жоғары автоматтандырылған сәуле сызығы және үлгілерді сақтау мен сәулелік сызық арасында автоматты түрде тасымалдауды, сондай-ақ деректерді жинау мен талдауды автоматтандырған.
  • DIAD - қосарлы бейнелеу және дифракция сәулесі синхронды 0,1 секундтық ауысу уақытында қолданылатын рентгендік микроскопияның екі әдісін ұсынады. Beamline алғашқы қолданушылары 2020 жылы болады деп күтілуде.

Тақырыптық зерттеулер

  • 2007 жылдың қыркүйегінде ғалымдар Кардифф университеті Тим Весс бастаған алмаз синхротроны арқылы ежелгі құжаттардың жасырын мазмұнын көруге болатындығын анықтады жарықтандыру оларды ашпай (енетін қабаттар пергамент ).[12][13]
  • 2010 жылдың қараша айында журнал Табиғат Геделе Маертенс, Стивен Харе және Питер Черепановтың қалай шыққандығы туралы мақаланы жариялады Лондон императорлық колледжі Diamond-да жиналған мәліметтерді АҚТҚ және басқа ретровирустардың адам мен жануарлардың жасушаларын қалай жұқтыратынын түсіну үшін пайдаланды.[14][15] Зерттеулер гендердің дұрыс жұмыс жасамауын түзету үшін гендік терапияны жақсартуға мүмкіндік береді.
  • 2011 жылы маусымда Со Ивата бастаған халықаралық ғалымдар тобы Nature журналында Diamond-дың көмегімен адамның 3D құрылымын қалай сәтті шешкендігі туралы мақала жариялады Гистамин H1 рецепторы ақуыз. Олардың ашылуы «үшінші буынның» дамуына мүмкіндік берді антигистаминдер, кейбір жанама әсерлері жоқ аллергияға қарсы дәрілер.[16][17]
  • Жарияланған Ұлттық ғылым академиясының материалдары 2018 жылдың сәуірінде бес институттың ынтымақтастығы, оның ішінде Diamond ғалымдары, бактерияның энергия көзі ретінде пластикті қалай қолданғаны туралы егжей-тегжейлерін табу үшін Diamond-дің үш макромолекулалық сәулелерін қолданды. Ажыратымдылығы жоғары деректер зерттеушілерге пластиканы ұстайтын ферменттің жұмысын анықтауға мүмкіндік берді ПЭТ. Кейіннен осы механизмді зерттеу және осылайша жетілдіру үшін есептеу модельдеу жүргізілді.[18]
  • Жарияланған мақала Табиғат 2019 жылы дүниежүзілік көпсалалы ынтымақтастық металдың нано бөлшектерін басқарудың бірнеше әдісін қалай құрғанын, оның ішінде күнделікті тауарларды өндіруге катализатор ретінде пайдалану үшін төмендетілген шығындармен синтездеуді қалай сипаттағанын сипаттады.[19]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Алмаз және Роллс-Ройс әлемдегі ең үлкен синхротрондық сахнада жарқырайды
  2. ^ Ескі әскери кемені сақтаудың жоғары технологиялық шешімдері - Diamond Lights Source
  3. ^ Подкаст - Мэри Роуз Трасттан доктор Марк Джонс өзінің зерттеулері туралы талқылайды
  4. ^ "Lightsources.org: Әлемнің жарық көздері «. 2019. Алынған 2019-10-05.
  5. ^ Diamond News: Ұлы Мәртебелі Королева ресми түрде Diamond Light көзін ашады
  6. ^ "'«Бизнес үшін супер-ауқым» ашылды ». 2007-02-05.
  7. ^ Diamond Light Source Ltd Мұрағатталды 2013-07-07 сағ Wayback Machine
  8. ^ Оларды 3 миллиард Вольт кернеу арқылы үдетуге тең; 1 электронвольт - бұл потенциалдар айырымы 1 Вольтпен үдетілгенде электрон алатын энергия.
  9. ^ «Алмас ішінде» (PDF). Алмаз жарық көзі. 2015 ж. Алынған 5 қазан 2019.
  10. ^ «Diamond Beamlines қазіргі тізімі». Архивтелген түпнұсқа 2016-02-02. Алынған 2011-08-09.
  11. ^ «Beamline әзірлеу және техникалық түйіндеме - алмас жарық көзі». www.diamond.ac.uk. Алынған 2019-10-05.
  12. ^ "'«Жасырын мәтіндерді көру үшін». 2007-09-13.
  13. ^ «Гауһар: ежелгі пергаменттердің құпияларын ашу». Архивтелген түпнұсқа 2011-08-08. Алынған 2011-08-09.
  14. ^ Алмаз жаңалықтары: рентген сәулелері адамның ДНҚ-на шабуыл жасау үшін АИТВ-нің қолданатын механизмін жарықтандырады
  15. ^ Maertens, Goedele N .; Харен, Стивен; Черепанов, Петр (2010). «Оның негізгі аралық заттарының рентгендік құрылымдарынан ретровирустық интеграция механизмі». Табиғат. 468 (7321): 326–329. Бибкод:2010 ж. 468..326M. дои:10.1038 / табиғат09517. PMC  2999894. PMID  21068843.
  16. ^ Diamond News: Гистаминді H1 рецепторларының жаңалықтары аллергиямен емдеуді жақсартты
  17. ^ Шимамура, Тацуро (2011). «Доксепинмен адамның H1 гистаминді рецепторлық кешенінің құрылымы». Табиғат. 475 (7354): 65–70. дои:10.1038 / табиғат10236. PMC  3131495. PMID  21697825.
  18. ^ Алмаз жарық көзі. «Көкжиекте пластикалық ластанудың шешімі - алмас жарық көзі». www.diamond.ac.uk. Алынған 2019-10-05.
  19. ^ «Дүниежүзілік ғылыми ынтымақтастық катализдің ілгерілеуін дамытады - алмас жарық көзі». www.diamond.ac.uk. Алынған 2019-10-05.

Сыртқы сілтемелер

Координаттар: 51 ° 34′28 ″ Н. 1 ° 18′39 ″ В. / 51.57444 ° N 1.31083 ° W / 51.57444; -1.31083