Le due nuove linee di luce saranno costruite come parte di un aggiornamento completo dell'APS, migliorando le sue capacità e mantenendo il suo status di struttura leader mondiale per la scienza dei raggi X.

In una cerimonia socialmente distanziata questa mattina presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), leader di DOE, Argonne e l'Università di Chicago hanno aperto la strada al futuro della scienza dei raggi X negli Stati Uniti.

Il piccolo raduno di oggi ha segnato l'inizio della costruzione del Long Beamline Building, una nuova sala esperimenti che ospiterà due nuove linee di luce che trasporteranno i raggi X ultraluminosi generati dall'Advanced Photon Source (APS) a strumenti scientifici avanzati. Sarà costruito come parte dell'aggiornamento da $ 815 milioni dell'APS, un DOE Office of Science User Facility e una delle sorgenti luminose più produttive al mondo. L'APS, che è in sostanza un microscopio a raggi X delle dimensioni di uno stadio, attira più di 5, 000 scienziati di tutto il mondo per condurre ricerche ogni anno in molti campi, dalla chimica alle scienze della vita, dalla scienza dei materiali alla geologia.

"L'aggiornamento dell'APS non è solo un entusiasmante progetto scientifico, ma è fondamentale per garantire che Argonne e gli Stati Uniti rimangano leader mondiali nella scienza dei raggi X, ", ha dichiarato il sottosegretario alla scienza Paul Dabbar, che ha partecipato alla cerimonia di oggi. "Un APS aggiornato, comprese queste due linee di luce più lunghe, porterà a nuove innovazioni nell'efficienza energetica, materiali più durevoli e più strumenti per combattere le pandemie virali".

L'aggiornamento dell'APS sostituirà il già potente anello di accumulo di elettroni nel cuore della struttura con un sistema a reticolo magnetico all'avanguardia che aumenterà la luminosità dei raggi X generati fino a 500 volte. Nell'ambito di questo progetto, nove nuove linee di luce saranno costruite attorno all'anello di stoccaggio esistente per facilitare una varietà di obiettivi di ricerca; il Long Beamline Building ne ospiterà due.

"L'aggiornamento APS è una pietra angolare del futuro di Argonne, ", ha affermato il direttore di Argonne Paul Kearns. "In combinazione con altre risorse uniche come i supercomputer di Argonne, le nuove linee di luce dell'APS aggiornato consentiranno il perseguimento della scienza su una scala precedentemente ritenuta impossibile, consentendo un maggiore impatto dalle scoperte nel settore sanitario, produzione, sicurezza nazionale, trasporti ed energia”.

Come il nome suggerisce, le linee di luce ospitate nel Long Beamline Building saranno circa tre volte più lunghe di quelle attualmente presso l'APS, inviare fotoni più lontano dalla sorgente per raggiungere i campioni in analisi. Questa distanza consente fasci di raggi X più focalizzati, permettendo agli scienziati di guardare qualcosa di così piccolo come la struttura più sottile all'interno anche del chip del computer più compatto, in tempo reale.

Le nuove strutture avranno anche una maggiore capacità di imaging in situ, significa osservare i campioni mentre gli scienziati cambiano l'ambiente che li circonda. Ciò consentirà una misurazione precisa dell'impatto della temperatura, pressione e altri fattori sui materiali avanzati, un passo importante verso la creazione della prossima generazione di componenti per qualsiasi cosa, dai motori degli aerei alle celle solari.

"Il nostro obiettivo è creare la struttura più avanzata e completa possibile per gli scienziati di tutti gli Stati Uniti e di tutto il mondo che utilizzano l'APS, " ha detto Robert Hettel, direttore del progetto per l'aggiornamento APS. "Questi miglioramenti saranno un punto di svolta per la struttura, e per la scienza dei raggi X nel suo insieme."

Il Long Beamline Building ospiterà:

• La nanosonda in situ (ISN): Questa linea di luce di 250 metri (820 piedi) è progettata specificamente per l'imaging in situ ben focalizzato. Il suo raggio può concentrarsi fino a 20 nanometri, e fornisce spazio sufficiente tra l'ottica e il campione per modificare l'ambiente del campione (attraverso la temperatura, pressione e altri metodi) e monitorare l'effetto di queste modifiche con una risoluzione estremamente fine. Un'applicazione dell'ISN sarebbe una comprensione più precisa delle reazioni elettrochimiche all'interno delle batterie, che dovrebbe portare a innovazioni nell'estensione della durata della batteria.
• Il microscopio a raggi X ad alta energia (HEXM): Progettato per raggi X ad alta energia che possono penetrare in materiali più densi, questa linea di luce di 180 metri (590 piedi) combina quell'energia con una maggiore capacità di messa a fuoco. Ciò consentirà agli scienziati di mappare con maggiore precisione le composizioni dei materiali, e il potenziale di HEXM per le misurazioni in situ lo renderà una linea di luce di destinazione per le applicazioni di ingegneria e scienza dei materiali. Un'applicazione potrebbe essere quella di testare le pale dei motori degli aeroplani sotto stress, per vedere dove si formano le crepe nei materiali di cui sono fatti e imparare come prevenirle.

La cerimonia di oggi ha simbolicamente dato il via alla fase di costruzione del Long Beamline Building, l'unica parte visibile esternamente dell'upgrade APS.

"L'Università di Chicago è orgogliosa della sua lunga collaborazione con Argonne e l'APS, " disse Juan de Pablo, Vicepresidente per i Laboratori Nazionali dell'Università di Chicago, che ha partecipato alla cerimonia di oggi. "Ci aspettiamo molti altri anni di vitali, ricerca che cambia il mondo presso la struttura aggiornata."

L'inizio dei lavori è previsto per questo autunno, con una data di completamento proposta a metà del 2022 per il Long Beamline Building. La prima luce per l'aggiornamento dell'APS è prevista per la fine del 2023.

"L'aggiornamento APS sarà trasformativo, " ha detto Stephen Streiffer, Vicedirettore del laboratorio per la scienza e la tecnologia di Argonne e direttore dell'APS. "Per gli utenti dell'APS, sarà come la differenza tra camminare e pilotare un aereo a reazione. Rivoluzionerà la nostra capacità di esplorare i confini e gli orizzonti della scienza, e il Long Beamline Building ci consentirà di sfruttare appieno le capacità dell'aggiornamento".