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    Hub de elétrons do SLAC recebe novo mapa metropolitano para o laser de raios-X mais poderoso do mundo

    Uma reconfiguração do histórico Beam Switch Yard do SLAC incluirá as linhas de transporte de elétrons necessárias para o LCLS-II, uma grande atualização para o laser de raios-X Linac Coherent Light Source (LCLS). Crédito:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

    O hub central para poderosos feixes de elétrons no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia está passando por uma reforma para se preparar para a instalação do LCLS-II - uma grande atualização para a Fonte de Luz Coerente Linac (LCLS), o primeiro laser de elétrons livres de raio-X rígido do mundo. LCLS-II vai entregar os raios-X mais poderosos já feitos em um laboratório, com feixes que são 10, 000 vezes mais brilhante do que antes, abrindo oportunidades de pesquisa sem precedentes em química, Ciência de materiais, biologia e pesquisa de energia.

    O hub, chamado Beam Switch Yard (BSY), é uma seção de 180 metros localizada na extremidade leste do histórico acelerador linear de 2 milhas de comprimento do laboratório (Linac), onde elétrons de alta energia do acelerador são redirecionados para estações experimentais. Esses "trens de elétrons" são uma reminiscência das diferentes linhas de um sistema de metrô que conecta vários locais em uma cidade.

    "O novo design BSY abre caminho para o LCLS-II e permite o mais amplo conjunto de opções para o futuro laser de raios-X, "diz Scott DeBarger do SLAC, gerente do Projeto de Reconfiguração BSY.

    LCLS de hoje, um DOE Office of Science User Facility, usa uma única linha de elétrons que começa em um injetor de elétrons no início do último terço do acelerador de cobre original do linac e termina logo após o ondulador LCLS - uma série de ímãs que converte a energia dos elétrons em raios-X ultrabright.

    Mas a futura instalação precisará de mais conexões. Além do linac de cobre, O LCLS-II terá um acelerador supercondutor que aumentará a taxa de disparo do laser de raios-X para até um milhão de pulsos por segundo. O ondulador atual também será substituído por dois onduladores de última geração para a geração de raios-X de baixa (suave) e alta energia (forte). A reconfiguração BSY garante que ambos os feixes de elétrons serão capazes de alimentar qualquer ondulador, que requer quatro linhas principais.

    Para dar aos pesquisadores do LCLS-II controle sobre a taxa de pulsos de raios-X em seus experimentos, outra linha pode direcionar os trens de elétrons vindos do linac supercondutor em um despejo de feixe antes que eles atinjam os onduladores.

    Uma sexta linha levará à Estação Final A para experimentos que usam os feixes de elétrons extremamente poderosos diretamente.

    O engenheiro mecânico e gerente de sistema do SLAC Jose Chan e sua equipe projetaram a linha de luz LCLS-II que atravessa a área de reconfiguração do BSY, incluindo uma câmara de vácuo que liga o linac supercondutor LCLS-II à linha de luz do linac de cobre atualmente usado para os onduladores de raios-X duros.

    Uma operação de limpeza monumental

    Para limpar o caminho para LCLS-II, as equipes primeiro tiveram que remover todos os materiais desnecessários do BSY - uma tarefa monumental considerando a rica história do SLAC na ciência do acelerador e o material legado que ele criou.

    Parte central do BSY antes (esquerda) e depois do Projeto de Reconfiguração. Crédito:Scott DeBarger / SLAC National Accelerator Laboratory

    "Quando os experimentos terminam, a maior parte do equipamento antigo é normalmente deixada no lugar, "diz Mark Woodley do SLAC, um designer óptico envolvido no Projeto de Reconfiguração BSY. "Apenas as coisas que estão no caminho de novos experimentos são retiradas."

    Em seus primeiros dias na década de 1960, o linac entregou feixes de elétrons a três estações experimentais. Havia uma linha indo direto para o pátio de pesquisa do laboratório. Hoje esta linha continua para o ondulador LCLS. Ímãs pulsados ​​no BSY podiam desviar o feixe para as estações finais A e B por meio de duas linhas de luz que se ramificavam da linha central.

    Em 1980, mais dois ramos foram adicionados para alimentar elétrons e pósitrons, os irmãos antipartículas dos elétrons, nos dois anéis de armazenamento do acelerador PEP (PEP-II de 1999). Em 1987, outros dois ramos foram necessários para entregar os feixes aos dois braços do Stanford Linear Collider (SLC).

    A maioria dos materiais antigos deixados no BSY por esses experimentos agora foram liberados - um trabalho que exigiu 300 funcionários e subcontratados quase 24, 000 horas de trabalho no período de dezembro de 2016 a maio de 2017. Eles removeram 325 jardas cúbicas, ou cerca de 24 toneladas, de material - o suficiente para encher oito contêineres marítimos - e mais de 300, 000 pés de cabos.

    "Considerando a tarefa monumental que tínhamos pela frente, é realmente impressionante como este projeto foi bem, "DeBarger diz." Envolveu muitas pessoas de dentro e de fora do laboratório, e cada um deles era absolutamente necessário. "

    Construindo o Futuro da Ciência de Raios-X

    Depois de limpar o BSY, membros do Projeto de Reconfiguração instalaram uma nova linha de luz que vai do cobre linac até o ondulador LCLS atual. Em paralelo, o sistema para extrair elétrons para a linha da estação final A foi implantado por outra equipe de projeto.

    "Também instalamos o primeiro tubo de feixe LCLS-II no final de um 'escudo de múon' que é construído com blocos de aço de 5 e 10 toneladas e protege o corredor de transporte de feixe a jusante do BSY, permitindo o acesso enquanto os feixes são sintonizados no BSY, "diz Dean Hanquist, gerente de contas de controle na equipe de Chan.

    "No fim, tivemos que nos certificar de que tudo funcionou corretamente novamente para LCLS, que agora retomou seu programa experimental, "diz o físico da área BSY, Tonee Smith." Por exemplo, todos os ímãs usados ​​na linha de luz para focar o feixe de elétrons e fazer pequenas correções nele foram recondicionados, e tivemos que medi-los novamente e testá-los. "

    As linhas de luz e junções restantes serão instaladas durante um período de inatividade do LCLS de um ano, que começará no verão de 2018. Depois de concluído, o novo "sistema de metrô" BSY estará pronto para transportar trens de elétrons para a nova instalação de laser de raios-X, onde eles irão alimentar a ciência inovadora de raios-X nos próximos anos.

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