दुनिया के सबसे चमकीले एक्स-रे लेजर को अरबों डॉलर का अपग्रेड मिल रहा है

ऐसी बहुत सी चीज़ें हैं जिन्हें हम पूरी तरह से समझ नहीं पाते हैं, क्योंकि हम उन्हें देख ही नहीं पाते हैं। व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं को स्थिर छवियों में कैद किया गया है, लेकिन उनकी गति को देखने के लिए वीडियो कैप्चर करने के लिए तेज दर पर अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। ऐसा करने के लिए, स्टैनफोर्ड के शोधकर्ता एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला (एसएलएसी का अर्थ स्टैनफोर्ड लीनियर एक्सेलेरेटर सेंटर है), रासायनिक प्रतिक्रियाओं के स्टॉप-मोशन वीडियो बनाने के लिए एक एक्स-रे लेजर का उपयोग करें जो अविश्वसनीय रूप से तेज गति (एक सेकंड का क्वाड्रिलियनवां हिस्सा) पर फायर करता है। लेज़र लगभग दो मील लंबा है। और अब, इसे अपग्रेड मिल रहा है।

एसएलएसी कल घोषणा की गई उनके एक्स-रे लेजर, लिनाक कोहेरेंट लाइट सोर्स को $1 बिलियन डॉलर का अपग्रेड मिलेगा। योजना मौजूदा लेजर के एक-तिहाई हिस्से को हटाकर विशेष घटकों के साथ उस हिस्से का पुनर्निर्माण करने की है, जो 8,000 गुना तेज और 10,000 गुना तेज काम करने में सक्षम है। नए हिस्से को एलसीएलएस-II कहा जाएगा।

LCLS-II, स्टैनफोर्ड के एक्स-रे लेजर का एक भाग।
LCLS-II, स्टैनफोर्ड के एक्स-रे लेजर का एक भाग। फर्मिलैब

एलसीएलएस का उपयोग उन चीजों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो अविश्वसनीय रूप से सामान्य हैं, लेकिन असामान्य तरीके से। परमाणु स्तर पर प्रकाश संश्लेषण को देखकर, हम यह पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं कि अधिक कुशल सौर पैनल कैसे बनाये जा सकते हैं। एलसीएलएस कार्यक्रम के निदेशक माइक डन कहते हैं, यह देखकर कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के बीच बंधन कैसे बनते हैं, हम अधिक कुशल ईंधन बनाने में सक्षम हो सकते हैं।

डन कहते हैं, "आज उन प्रणालियों को देखना पूरी तरह से अव्यावहारिक होगा।" "यदि आप एक तस्वीर और एक फिल्म के बीच अंतर के बारे में सोचते हैं, तो यह आपको दुनिया के सामने एलसीएलएस को पेश करने के कदम में बदलाव का आभास देता है।"

एलसीएलएस एक्स-रे स्पेक्ट्रम में प्रकाश के टेरावाट को अविश्वसनीय रूप से तेज़ विस्फोटों में एक स्थान पर निर्देशित करके काम करता है। विस्फोट स्वयं केवल फेमटोसेकंड या एक सेकंड के क्वाड्रिलियनवें हिस्से तक ही रहता है। अपने वर्तमान संचालन के साथ, मशीन प्रति सेकंड 120 बर्स्ट शूट कर सकती है। अपग्रेड के बाद, एलसीएलएस समान मात्रा में ऊर्जा का उपयोग करके प्रति सेकंड दस लाख बर्स्ट शूट करने में सक्षम होगा। जबकि विस्फोट अधिक बार हो रहे हैं, वे बहुत तेजी से भी हो रहे हैं, जिससे प्रति विस्फोट खर्च होने वाली ऊर्जा की मात्रा कम हो रही है। इसीलिए एलसीएलएस के नए किलोमीटर पर एक सेकंड के विस्फोट में पुराने दो किलोमीटर जितनी ही ऊर्जा की खपत होगी, जो दोनों कार्यशील रहेंगे। खर्च की गई औसत ऊर्जा समान है। कुल मिलाकर, एक बार में खर्च की गई कुल ऊर्जा एक गर्म कप कॉफी में ऊर्जा के बराबर होती है।

डन का कहना है कि नए हिस्से का इस्तेमाल उन चीज़ों के लिए किया जाएगा जिन्हें उतनी रोशनी की ज़रूरत नहीं है, लेकिन वे समय पर बहुत निर्भर हैं। यदि वैज्ञानिक ऑक्सीजन और हाइड्रोजन बंधन के सटीक फेमटोसेकंड का निरीक्षण करना चाहते हैं, तो उनके पास LCLS-II के साथ अधिक सटीक डेटा होगा। लेकिन कार्बनिक ऊतक जैसे अधिक घने नमूनों के लिए, एसएलएसी टीम अधिक शक्तिशाली एलसीएलएस-आई पर वापस डिफ़ॉल्ट होगी, जो उज्जवल लेकिन धीमी है।

वास्तविक उन्नयन "सुपरकंडक्टिंग एक्सेलेरेटर" के आसपास केंद्रित हैं। अब, लेज़र के लिए अधिकांश प्रवाहकीय सामग्री तांबे से बनी होती है, जैसे अधिकांश घरों में वायरिंग होती है। सुपरकंडक्टिंग त्वरक अधिकांशतः बने यौगिक का लाभ उठाएगा नाइओबियम, जेट इंजन और रॉकेट में उपयोग की जाने वाली धातु। जब नाइओबियम यौगिक को नकारात्मक 456 डिग्री फ़ारेनहाइट तक ठंडा किया जाता है, तो यह बिजली का संचालन करता है लगभग शून्य प्रतिरोध, जिससे चार्ज पूरी लंबाई में तेजी से और अधिक कुशलता से आगे बढ़ सकता है कंडक्टर.

एलसीएलएस-II का नया नाइओबियम भाग नकारात्मक 456 डिग्री फ़ारेनहाइट पर काम करेगा।
एलसीएलएस-II का नया नाइओबियम भाग नकारात्मक 456 डिग्री फ़ारेनहाइट पर काम करेगा। एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला

इन बदलावों के बावजूद, नया सिस्टम लगभग पुराने सिस्टम की तरह ही काम करेगा। विशाल चुम्बकों के बीच पथ पर लगभग प्रकाश की गति से इलेक्ट्रॉन फेंके जाते हैं। चुम्बक इलेक्ट्रॉनों को उनके इच्छित पथ से खींच लेते हैं, इस प्रकार एक्स-रे उत्सर्जित करते हैं।

जैसा कि कोई उम्मीद कर सकता है, दोनों विधियाँ बहुत अधिक ऊर्जा खींचती हैं। डन का कहना है कि परियोजनाओं के लिए ऊर्जा की लागत प्रति वर्ष लाखों में है।

अपग्रेड प्रयास को अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा वित्त पोषित किया जा रहा है, और 2020 की शुरुआत में चालू होने की उम्मीद है। 2017 में 6 महीने की अवधि और 2018-2019 तक 12 महीने की अवधि को छोड़कर, एक्स-रे लेजर के मौजूदा हिस्से अभी भी काम करेंगे।

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