מקור הפוטון המתקדם (APS) במעבדה הלאומית של Argonne הוא מתקן חיוני למחקר מדעי, המספק מקור אור חזק של קרני רנטגן ללימוד חומרים בפירוט. על ידי מתן מבט מקרוב על תהליכים פנימיים, כגון בסוללות, APS מסייע בהתקדמות טכנולוגית. עם השדרוג המשמעותי שלו, ה-APS יגדיל את הבהירות ואת יכולת המחקר שלו, וימשיך לתרום לבריאות, בטיחות והתקדמות מדעית עולמית. קרדיט: twoday.co.il.com
מהו מקור אור רנטגן?
כדי לפתח טיפולים למלחמה במחלות זיהומיות קטלניות, עלינו להבין את האורגניזמים הגורמים להן. כדי לעצב את הדור הבא של מכוניות חשמליות, עלינו ליצור סוללות טובות יותר ועמידות יותר כדי להפעיל אותן. כדי לבנות מנועי מטוס יעילים ובטוחים יותר, אנו זקוקים לחומרים חזקים ועמידים יותר שלא ייסדקו תחת לחץ.
בסרטון זה של Science 101: What is X-ray Light, המדענים ג'סיקה מק'סני וג'ילברטו פבריס מסבירים מהו אור רנטגן, וכיצד הם משתמשים בו במקור הפוטון המתקדם (APS) של Argonne. אור רנטגן הוא אור בעל אנרגיה גבוהה הקיים על הספקטרום האלקטרומגנטי. ספקטרום זה כולל את הטווח של כל הגלים האלקטרומגנטיים, מהגלים הארוכים ביותר עם האנרגיה הנמוכה ביותר (רדיו AM), לאלו שבאמצע (אור נראה), לגלים הקצרים ביותר בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר (קרני גמא). ה-APS ב-Argonne משתמש בקרני רנטגן, שנמצאות בקצה הספקטרום שיש לו אורכי גל קצרים יותר. אורכי הגל הקצרים יותר מאפשרים לקרני הרנטגן לעבור דרך חומרים רבים, מה שמאפשר למדענים כמו ג'סיקה וג'ילברטו להציץ לעומק עצמים ולגלות ידע חדש על המבנה והתפקוד של חומרים. ה-APS הוא אחד ממקורות האור החזקים ביותר של קרני רנטגן בעולם, ויותר מ-5,500 מדענים מרחבי העולם משתמשים בכל שנה במתקן המחקר העצום הזה כדי לבדוק חומרים חדשים, לבנות סוללות טובות יותר ולמצוא פתרונות לבעיות הגדולות ביותר העומדות בפניהן. אֶנוֹשִׁיוּת.
כדי לעשות את כל הדברים האלה, ועוד, יש צורך במקור אור חזק של קרני רנטגן. קרני רנטגן הן אור, אבל הן לא האור הנראה שעליו חושבים בדרך כלל כשאתה שומע את המילה. אולי אתה מכיר את מכונות הרנטגן שרופאי שיניים משתמשים בהם כדי לצלם את החלק הפנימי של השיניים. מקור אור כמו ה-Advanced Photon Source (APS), מתקן משתמש של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) הממוקם במעבדה הלאומית של DOE Argonne, מייצר אור קרני רנטגן דומה, אך בהיר פי מיליארד.
מה אפשר לעשות עם אור כל כך בהיר? ה-APS פועל כמו מיקרוסקופ ענק, אך בניגוד לאור הנראה, קרני רנטגן חודרות, ומאפשרות למדענים לראות עמוק בפנים חומרים. ניתן למקד את קרני הרנטגן בצורה כה הדוקה עד שמדענים יכולים להשתמש בהן כדי "לראות" מה קורה בתוך סוללה במהלך השימוש, למשל, כך שניתן לפתח גרסאות חסכוניות יותר באנרגיה.
ה-APS, ומקורות אור אחרים ברחבי העולם, משפרים את חיינו במשך עשרות שנים. הטכנולוגיה שמניעה אותם – האצת חלקיקים – קיימת מאז שנות ה-20.
הספקטרום האלקטרומגנטי הוא הטווח של כל סוגי קרינת ה-EM – אנרגיה שנעה ומתפשטת תוך כדי. השמש הרבה יותר חמה מכדור הארץ, ולכן היא פולטת קרינה ברמת אנרגיה גבוהה יותר, שאורך הגל שלה קצר יותר. קרדיט: נאס"א
בלב ה-APS טבעת אחסון, כשני שליש קילומטר מסביב. הוא כל כך גדול שאפשר להכניס בתוכו אצטדיון בייסבול. תפקידו הוא להזרים חלקיקים הנקראים אלקטרונים בדיוק רב ובמהירות עקבית קרובה מאוד למהירות האור. אלקטרונים מסתובבים סביב הטבעת הזו מיליארדי פעמים ביום, ומשחררים אור בהיר בכל עיקול במסילה. ה-APS שולח את האור הזה לתחנות ניסוי הממוקמות בכל רחבי הטבעת, שם מבוצעים סוגים שונים של ניסויים מדעיים.
ה-APS הוא מתקן משתמש לאומי, כלומר משאב זה זמין למדענים ברחבי העולם. אין תשלום עבור מדענים להשתמש בו, בתנאי שהנתונים שלהם יפורסמו לציבור. יותר מ-5,500 מדענים מרחבי העולם משתמשים ב-APS מדי שנה כדי לחקור מגוון רחב של דברים, החל מדרכים חדשות למאבק בגזי חממה ועד לשיטות חדשות לחיזוק הכבישים והגשרים שלנו.
ה-APS היה מקור אור רנטגן מוביל בעולם מאז שנבנה לראשונה בשנות ה-90, ועתידו עומד להאיר הרבה יותר. שדרוג מסיבי הוא החלפת טבעת האחסון הנוכחית באחת שתיצור קרני רנטגן בהירות עד פי 500 מאלו המיוצרות כיום, מה שמאפשר יותר ניסויים וחידושים שישפרו את חיינו. יחד עם מקורות אור אחרים ברחבי העולם, ה-APS ימשיך לאפשר למדענים לשמור עלינו בריאים יותר, לשמור עלינו בטוחים יותר ולשפר את הידע שלנו על העולם שסביבנו.
קרדיט: Argonne National Laboratory
כיצד פועל מקור אור רנטגן?
מקור הפוטון המתקדם יוצר קרני רנטגן בהירות במיוחד כדי להאיר את הדרך לעבר תגליות חדשות.
מקור אור רב עוצמה כמו מקור הפוטון המתקדם (APS) דומה למכונות הרנטגן שבהן משתמשים רופאי שיניים, אלא שהאור שהוא יוצר בהיר פי מיליארד.
- הלב של ה-APS הוא סדרה של מכונות הנקראות מאיצים המשתמשות במגנטים כדי להזיז חלקיקים זעירים הנקראים אלקטרונים. האלקטרונים מחוברים יחד ונשלחים נעים בקו ישר במורד מאיץ ליניארי.
- טבעת מצבר החלקיקים מקבצת את הצרורות קרוב יותר זו לזו.
- טבעת הבוסטר מזרימה אותם כשהם בונים מהירות ואנרגיה.
- לאחר מכן מזריקים את החלקיקים לטבעת האחסון. אלקטרונים מסתובבים סביב הטבעת הזו מיליארדי פעמים ביום. בכל עיקול במסלול, הם משחררים אור בצורה של פוטון חלקיקים.
- הפוטונים האלה הם אור רנטגן שנשלח לתחנות מדעיות בכל רחבי הטבעת. מדענים משתמשים באור הבהיר הזה כדי לראות עמוק פנימה חומרים.
