WikiDer > Алмазный источник света

Diamond Light Source
Алмазный источник света
DiamondLogo.png
Формирование~2001
Штаб-квартираЧилтон, Оксфордшир, Объединенное Королевство
ЛидерПрофессор Эндрю Харрисон
Интернет сайталмаз.ac.Великобритания
Алмазный источник света в снегу, 2018.

Алмазный источник света (или же Алмаз) является гражданином Великобритании синхротронный источник света научный объект, расположенный в Научно-инновационный кампус Харвелла в Оксфордшир. Его цель - производить интенсивные лучи света чьи особые характеристики полезны во многих областях научных исследований. В частности, его можно использовать для исследования структуры и свойств широкого спектра материалов из белки (чтобы предоставить информацию для разработки новых и лучших лекарств) и инженерных компонентов (например, лопасти вентилятора от авиационного двигателя).[1]) на сохранение археологических артефактов (например, Генрих VIIIфлагман Мэри Роуз[2][3]).

В мире насчитывается более 50 источников света.[4] Diamond - это синхротрон средней энергии с энергией 3 ГэВ, в настоящее время работающий с 32 канальными линиями.

Дизайн, строительство и финансы

Здание Diamond Light Source

Синхротрон Diamond - крупнейшее научное сооружение, финансируемое Великобританией, которое будет построено в Великобритании со времен Протонный синхротрон Nimrod который был расположен в Лаборатория Резерфорда Эпплтона в 1964 году. Ближайшие объекты включают Источник нейтронов и мюонов ИГИЛ, то Центральная лазерная установка, а также лаборатории в Харвелле и Калхэме (включая Совместный европейский тор (JET) проект). Он заменил синхротрон второго поколения в Дарсбери, графство Чешир.

После первых работ в 1990-х годах, окончательное исследование дизайна было завершено в 2001 году учеными из Лаборатория Дарсбери; строительство началось после создания компании-оператора DIAMOND Light Source Ltd. Название DIAMOND было первоначально придумано Майком Пулом (создателем проекта DIAMOND) и использовалось как аббревиатура, означающая DIстолб Аnd Mсверхполюсник Оutput для Nдействие в DAresbury. Поскольку местонахождение теперь находится в Оксфордшире, а не в Дарсбери, название отражает жесткость синхротронного света (относится к «жесткой» рентгеновской области электромагнитный спектр) и яркий.

Diamond выпустил свой первый пользовательский луч к концу января 2007 года и был официально открыт Королева Елизавета II 19 октября 2007 г.[5][6]

Объект находится под управлением Diamond Light Source Ltd,[7] а совместное предприятие компания создана в марте 2002 года. Компания получает 86% финансирования от правительства Великобритании (через STFC) и 14% от Wellcome Trust. Строительство Diamond стоило 260 миллионов фунтов стерлингов, что покрывало стоимость здания синхротрона, ускорителей внутри него, первых семи экспериментальных станций (канальных линий) и прилегающего офисного блока Diamond House. Строительство здания и синхротронного зала велось Costain Ltd.

Синхротрон

Алмаз производит синхротронный свет на длинах волн от Рентгеновские лучи к дальний инфракрасный. Это также известно как синхротронное излучение и это электромагнитное излучение испускается заряженными частицами, движущимися вблизи скорость света. Он используется в огромном количестве экспериментов для изучения структуры и поведения самых разных типов материи.

Алмазные частицы используют: электроны путешествовать с энергией 3 ГэВ [8] по окружности 561,6 м кольцо для хранения. Накопитель представляет собой не настоящий круг, а 48-сторонний многоугольник из прямых участков, повернутых под углом с помощью поворотных магнитов (дипольных магнитов).[9] Магнитное притяжение поворотных магнитов, которое направляет электроны по кольцу. Поскольку Diamond является источником света третьего поколения, в нем используются специальные массивы магнитов, называемые вставными устройствами. Устройства ввода заставляют электроны колебаться, и именно их внезапное изменение направления заставляет электроны испускать исключительно яркий пучок электромагнитного излучения, более яркий, чем пучок одиночного изгиба при прохождении через поворотный магнит. Это синхротронный свет, используемый для экспериментов. Однако некоторые лучи используют свет исключительно от изгибающего магнита без необходимости использования вводящего устройства.

Электроны достигают этой высокой энергии через ряд ступеней предускорителя, прежде чем попасть в накопитель на 3 ГэВ:

Синхротрон Diamond размещен в серебряном тороидальный здание 738 м в окружности, площадью более 43,300 квадратных метров, или площадью более шести футбольные поля. Это содержит кольцо для хранения и ряд лучи,[10] с линейным ускорителем и бустерным синхротроном, расположенными в центре кольца. Эти лучи - экспериментальные станции, где взаимодействие синхротронного света с веществом используется в исследовательских целях. Когда Diamond начал свою работу в 2007 году, в наличии было семь линий пучка, и по мере продолжения строительства в эксплуатацию было введено еще больше. По состоянию на апрель 2019 года в эксплуатации находилось 32 пучка. В конечном итоге Diamond предназначен для размещения около 33 линий связи, поддерживающих науку о жизни, физике и окружающей среде.

Diamond также является домом для 11 электронных микроскопов, девять из которых являются криоэлектронными микроскопами, специализирующимися на науках о жизни, включая два, предназначенные для промышленного использования в партнерстве с Thermo Fisher Scientific; оставшиеся два микроскопа предназначены для исследования современных материалов.[11] Девять электронных микроскопов, посвященных наукам о жизни, являются частью Центра электронного био-визуализации (eBIC), национального центра Великобритании, предоставляющего инструменты и экспертные знания в области криоэлектронная микроскопия. eBIC был открыт в сентябре 2018 года Нобелевским лауреатом Ричард Хендерсон но начал свою деятельность в 2015 году. Экспериментальные методы, доступные на этом предприятии, включают анализ отдельных частиц биологических макромолекул, клеточную томографию, электронную кристаллографию и сканирующую электронную микроскопию криофокусированного ионного пучка. Центр электронной физики изображений (ePSIC) - это национальный центр просвечивающей электронной микроскопии с коррекцией аберраций, открытый в 2017 году. Благодаря сотрудничеству с Джонсоном Матти и Оксфордским университетом в Diamond размещены два просвечивающих электронных микроскопа.

Beamlines

Diamond начала работу с семью пучками:

  • Канал для экстремальных условий (I15) для изучения материалов при высоких температурах и давлениях.
  • Канал материалов и магнетизма (I16) для исследования электронных и магнитных свойств материалов на атомном уровне.
  • Три канала макромолекулярной кристаллографии (I02, I03 и I04) для понимания структуры сложных биологических образцов, включая белки.
  • Микрофокусная спектроскопия (I18) способна отображать химический состав сложных материалов, таких как лунные породы и геологические образцы.
  • Канал нанонауки (I06), способный отображать структуры и устройства с точностью до нескольких миллионных долей миллиметра.

С тех пор были добавлены и модернизированы дополнительные лучи, и теперь он работает с 32 лучевыми линиями. Еще один канал примет первых исследователей в середине 2020 года.

  • I22 - Междисциплинарная линия пучка некристаллической дифракции для изучения больших и сложных структур, включая живые организмы, полимеры и коллоиды.
  • B16 - Тестовый луч на изгибающемся магните для тестирования новых разработок в оптике, детекторах и методах исследования.
  • I19 - Дифракция малых молекул на монокристаллах с высокой интенсивностью излучения для определения структуры кристаллических материалов с небольшими молекулами, таких как новые катализаторы и «умные» электронные материалы.
  • I11 - порошковая дифракционная линия с высоким разрешением, специализирующаяся на исследовании структуры сложных материалов, включая высокотемпературные полупроводники и фуллерены.
  • I24 - Микрофокусный канал макромолекулярной кристаллографии для изучения взаимосвязи между структурой больших макромолекул и их функцией в живых организмах.
  • B23 - Линия кругового дихроизма для наук о жизни и химии, способная наблюдать структурные, функциональные и динамические взаимодействия в материалах, таких как белки, нуклеиновые кислоты и хиральные молекулы.
  • I12 - Линия луча совместного проектирования, окружающей среды и обработки (JEEP), обеспечивающая многоцелевое оборудование для дифракции высоких энергий и построения изображений инженерных компонентов и материалов в реальных условиях.
  • 104-1 - Монохроматическая станция MX с фиксированной длиной волны, совместно использующая прямой I04 с одним из каналов макромолекулярной кристаллографии первого года выпуска, независимая станция, использующая свет фиксированной энергии для исследования структур белковых комплексов.
  • I20 - Линия пучка рентгеновской спектроскопии (XAS-3), включающая универсальный рентгеновский спектрометр для изучения химических реакций и определения физических и электронных структур в поддержку фундаментальной науки.
  • I07 - Дифракционный луч высокого разрешения для исследования структуры поверхностей и границ раздела в различных условиях окружающей среды, включая полупроводники и биологические пленки.
  • B18 - Core EXAFS для поддержки широкого спектра приложений рентгеновской абсорбционной спектроскопии, включая локальную структуру и электронное состояние активных компонентов, а также исследование материалов, включая жидкости, кристаллические и некристаллические (аморфные фазы и коллоиды) твердые тела, поверхности и биоматериалы.
  • B22 - Инфракрасная микроспектроскопия как мощный и универсальный метод определения химической структуры, обеспечивающий новые уровни чувствительности и пространственного разрешения с последующим воздействием на широкий спектр биологических и физических наук.
  • I10 - Beamline for Advanced Dichroism Experiments (BLADE) для изучения магнитного дихроизма и магнитной структуры с использованием мягкого резонансного рассеяния рентгеновских лучей (отражение и дифракция) и поглощения рентгеновских лучей, что позволяет проводить широкий спектр новых исследований, направленных на спектроскопические свойства и магнитное упорядочение новых наноструктурированных систем.
  • I13 - Рентгеновское изображение и когерентность для изучения структуры микро- и нанообъектов. Информация либо получается в прямом пространстве, либо путем инвертирования (дифракции) данных, записанных в обратном пространстве. Динамические исследования выполняются в различных масштабах времени и длины с помощью рентгеновской фотонной корреляционной спектроскопии (XPCS) и сверхмалоуглового рассеяния на основе точечных отверстий (USAXS).
  • I09 - Структурный анализ поверхностей и границ раздела (SISA) объединит пучки с низкой и высокой энергией, сфокусированные на одной и той же области образца, и достигнет прогресса в структурном определении поверхностей и границ раздела, а также в исследованиях наноструктур, биологических и сложных материалов .
  • I05 - Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES). Этот канал представляет собой установку, предназначенную для исследования электронных структур с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением.
  • I08 - Мягкая рентгеновская микроскопия имеет ряд применений, включая материаловедение, науку о Земле и окружающей среде, биологические и биомедицинские науки, а также научные аспекты нашего культурного наследия.
  • B21 - Высокопроизводительный канал для малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) предназначен для исследования некристаллических, случайно ориентированных частиц. Измерения SAXS можно проводить для любого типа образца в любом физическом состоянии.
  • I23 - длинноволновая макромолекулярная кристаллография - это уникальное средство для решения проблемы кристаллографической фазы с использованием небольших аномальных сигналов от серы или фосфора, присутствующих в нативном белке или кристаллах РНК / ДНК.
  • B24 - Полнопольный криопропускающий рентгеновский микроскоп для биологии разработан специально с учетом требований, связанных с визуализацией биологических клеток.
  • I14 - Линия пучка жесткого рентгеновского нанозонда. I14 - это сканирующий зондовый луч, который использует методы рентгеновской флуоресценции и дифракции для определения структуры и состава огромного количества материалов.
  • I21 - Неупругое рассеяние рентгеновских лучей (IXS). Этот луч производит высоко мотивированные, сфокусированные и настраиваемые рентгеновские лучи для исследования магнитной, электронной и решеточной динамики образцов.
  • B07 - VERSOX: Универсальная линия мягкого рентгеновского излучения разработана для исследования катализаторов в условиях газофазной реакции или для исследования образцов в естественных условиях в области атмосферных исследований. В настоящее время B07 находится в процессе установки второго ответвления, чтобы обеспечить возможность проведения измерений методом рентгеновской фотоэлектонной спектроскопии (XPS) и спектроскопии ближнего края с расширенной тонкой структурой поглощения рентгеновских лучей (NEXAFS) в условиях атмосферного давления.
  • I15-1 Функция распределения рассеяния пар рентгеновских лучей
  • VMXm - универсальная кристаллография макромолекул, микро. Этот канал выполняет определение атомной структуры там, где трудно получить крупные кристаллы или страдают от слабой дифракции.
  • VMXi - Универсальная макромолекулярная кристаллография in situ - это первый в своем роде канал, предназначенный исключительно для сбора данных непосредственно из экспериментов по кристаллизации in situ. Это высокоавтоматизированный канал пучка с возможностью хранения тысяч пользовательских экспериментов по кристаллизации и автоматическая передача данных между хранилищем образцов и каналом пучка, а также высокоавтоматизированный сбор и анализ данных.
  • DIAD - Dual Imaging and Diffraction Beamline будет первым, предлагающим два метода рентгеновской микроскопии, применяемые синхронно с временем переключения 0,1 секунды. Ожидается, что первые пользователи пучка будут в 2020 году.

Тематические исследования

  • В сентябре 2007 г. ученые из Кардиффский университет во главе с Тимом Вессом обнаружили, что алмазный синхротрон можно использовать для просмотра скрытого содержания древних документов. освещение не открывая их (проникая в слои пергамент).[12][13]
  • В ноябре 2010 г. журнал Природа опубликовали статью о том, как Геделе Мартенс, Стивен Хейр и Петр Черепанов из Имперский колледж Лондон использовали данные, собранные в Diamond, чтобы лучше понять, как ВИЧ и другие ретровирусы заражают клетки человека и животных.[14][15] Полученные данные могут позволить усовершенствовать генную терапию для исправления генных сбоев.
  • В июне 2011 года международная группа ученых во главе с Со Ивата опубликовала статью в журнале Nature, в которой подробно рассказывается, как с помощью Diamond они успешно решили трехмерную структуру человеческого тела. Гистаминовый рецептор H1 белок. Их открытие позволило разработать «третье поколение» антигистамины, препараты, эффективные против некоторых аллергий без побочных эффектов.[16][17]
  • Опубликовано в Труды Национальной академии наук В апреле 2018 года пять организаций, в том числе ученые из Diamond, использовали три макромолекулярных луча Diamond, чтобы узнать подробности того, как бактерия использовала пластик в качестве источника энергии. Данные высокого разрешения позволили исследователям определить работу фермента, который захватил пластик. ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ. Впоследствии было проведено компьютерное моделирование, чтобы изучить и улучшить этот механизм.[18]
  • Статья опубликована в Природа в 2019 году описал, как международное междисциплинарное сотрудничество разработало несколько способов управления металлическими наночастицами, включая синтез при существенно сниженных затратах для использования в качестве катализаторов для производства товаров повседневного спроса.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Diamond и Rolls-Royce проливают свет на крупнейшую в мире синхротронную сцену
  2. ^ Высокотехнологичные решения по консервации старого военного корабля - Diamond Lights Source
  3. ^ Подкаст - доктор Марк Джонс из Mary Rose Trust обсуждает свое исследование
  4. ^ "Lightsources.org: Источники света мира ». 2019. Получено 2019-10-05.
  5. ^ Diamond News: Ее Величество Королева официально открыла Diamond Light Source
  6. ^ "'Super-scope 'открывается для бизнеса ". 2007-02-05.
  7. ^ Diamond Light Source Ltd В архиве 2013-07-07 в Wayback Machine
  8. ^ Эквивалентно ускорению их напряжением в 3 миллиарда вольт; 1 электронвольт - это энергия, которую электрон получает при ускорении разностью потенциалов в 1 вольт.
  9. ^ «Внутри бриллианта» (PDF). Алмазный источник света. 2015 г.. Получено 5 октября 2019.
  10. ^ «Текущий список Diamond Beamlines». Архивировано из оригинал на 02.02.2016. Получено 2011-08-09.
  11. ^ «Развитие лучевой линии и техническое резюме - алмазный источник света». www.diamond.ac.uk. Получено 2019-10-05.
  12. ^ "'Super-scope 'для просмотра скрытых текстов ". 2007-09-13.
  13. ^ «Алмаз: разгадывая секреты древних пергаментов». Архивировано из оригинал на 2011-08-08. Получено 2011-08-09.
  14. ^ Diamond News: рентгеновские лучи освещают механизм, используемый ВИЧ для атаки на ДНК человека
  15. ^ Maertens, Goedele N .; Заяц, Стивен; Черепанов, Петр (2010). «Механизм интеграции ретровируса из рентгеновских структур его ключевых интермедиатов». Природа. 468 (7321): 326–329. Bibcode:2010Натура.468..326M. Дои:10.1038 / природа09517. ЧВК 2999894. PMID 21068843.
  16. ^ Diamond News: прорыв в отношении рецепторов гистамина H1 знаменует улучшение лечения аллергии
  17. ^ Симамура, Тацуро (2011). «Структура комплекса рецепторов гистамина H1 человека с доксепином». Природа. 475 (7354): 65–70. Дои:10.1038 / природа10236. ЧВК 3131495. PMID 21697825.
  18. ^ Алмазный источник света. «Решение проблемы пластикового загрязнения на горизонте - Diamond Light Source». www.diamond.ac.uk. Получено 2019-10-05.
  19. ^ «Мировое научное сотрудничество делает прорыв в катализе - алмазный источник света». www.diamond.ac.uk. Получено 2019-10-05.

внешняя ссылка

Координаты: 51 ° 34′28 ″ с.ш. 1 ° 18′39 ″ з.д. / 51,57444 ° с. Ш. 1,31083 ° з. / 51.57444; -1.31083