Peningkatan terbaru pada laser elektron bebas sinar-X yang paling kuat di dunia telah mendapat lampu hijau dari Departemen Energi, membuka jalan bagi tampilan baru futuristik pada dunia dalam skala terkecil.
Laser sinar-X adalah Linac (kependekan dari akselerator linier) Coherent Light Source (LCLS) di SLAC National Accelerator Laboratory di Menlo Park, California. Seperti akselerator linier lainnya, mesin SLAC menggerakkan elektron dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya untuk menghasilkan sinar-X yang kemudian dapat diarahkan pada sampel mikroskopis, potongan logam, dan benda kecil lainnya untuk mengungkap cara kerja benda pada skala terkecil. Anda dapat membaca rincian lengkap tentang cara kerja LCLS dan melihat bagian dalam akselerator partikel di sini.
Setahun yang lalu, SLAC mengumumkan cahaya pertama di LCLS-II, yang menghasilkan output akselerator linier sekitar satu juta pulsa sinar-X per detik, sekitar 8.000 kali lebih terang dibandingkan LCLS. Kini, pengerjaan LCLS-II-HE (untuk “Energi Tinggi”) telah resmi dimulai, yang akan memberi energi pada keluaran akselerator melalui pemasangan kriomodul panjang yang masing-masing berisi delapan rongga superkonduktor yang dilalui elektron.
“Setiap cryomodule menghasilkan ledakan energi gelombang mikro yang mendorong kumpulan elektron untuk bergerak semakin cepat (yaitu, memperoleh energi), seperti menendang bola yang bergerak berulang kali,” Mike Dunne, direktur LCLS, mengatakan kepada Gizmodo melalui email. “Untuk setiap meter tambahan kriomodul, berkas elektron akan memperoleh energi tambahan sekitar 24 MeV,” katanya. “Ketika semuanya digabungkan, mereka meningkatkan energi dari batas saat ini 4 GeV (4000 MeV) menjadi 8 GeV.”
LCLS-II-HE adalah proyek besar—proyek senilai $716 juta—yang memerlukan kolaborasi antara beberapa laboratorium nasional di Amerika Serikat untuk menyelesaikannya. Keseluruhan peningkatan terdiri dari 23 cryomodul, dibuat dan diuji oleh Fermi National Accelerator Laboratory dan Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley dan Laboratorium Nasional Argonne merancang undulator yang menggoyangkan elektron untuk menghasilkan sinar-X. Fasilitas Sinar Isotop Langka Universitas Negeri Michigan juga merupakan mitra dalam peningkatan besar-besaran.
Sekitar 95% rongga kriomodul telah dibuat hingga saat ini, dan 10 wadah superkonduktif sendiri telah dikirim ke SLAC. Meskipun DOE baru saja memberikan persetujuan penuh atas proyek tersebut, DOE sebelumnya telah menyetujui pembuatan dan pengiriman komponen LCLS-II-HE.
Sulit untuk merangkum semua kemajuan penelitian ilmiah yang dapat terjadi dengan pengembangan LCLS-II-HE, yang diharapkan selesai pada tahun 2030, meskipun percobaan dapat dimulai segera pada tahun 2027. Sinar-X yang dihasilkan oleh perangkat ini dapat mengambil gambar dalam jumlah besar. film tajam reaksi pada skala molekuler, mengungkap segalanya mulai dari dasar fotosintesis hingga transisi logam antar fase.
Proposal beamtime bulan ini untuk LCLS mencakup berbagai bidang, termasuk ilmu material, kimia dan katalisis, ilmu atom, molekuler, dan kuantum, astrofisika, fusi, dan biosains, kata Dunne kepada Gizmodo.
Jaringan energi, pemahaman kita tentang kosmos, komputer, dan internet—sebagian besar sektor kehidupan akan memperoleh manfaat dari mesin yang lebih baik di SLAC. Peningkatan baru ini juga akan menggunakan pembelajaran mesin dan metode kecerdasan buatan lainnya untuk membantu menyetel akselerator, meningkatkan kinerja pancaran, dan menganalisis data yang dihasilkan oleh LCLS. Akan ada banyak data; produksi mesin akan melonjak dari sekitar 2 gigabyte per detik menjadi lebih dari 1.000 gigabyte per detik.
“Untuk memasukkan hal ini ke dalam konteksnya, ukuran film online pada umumnya adalah sekitar satu GB, jadi kami akan memproses setara dengan seribu film per detik—di mana kami perlu mempelajari perubahan halus di setiap frame dari setiap film—secara real time !,” Dunne menjelaskan. “Untuk mengatasi hal ini, kami mengembangkan sistem data cerdas yang dapat mengekstrak informasi penting, dan memampatkan data semaksimal mungkin.”
Dengan lebih dari satu petabyte data yang dihasilkan per hari untuk menganalisis semua aspek alam semesta pada skala atom, tim memerlukan metode komputasi yang dapat mengelola semua informasi tersebut.
Meskipun LCLS-II-HE mungkin belum selesai hingga pergantian dekade ini, sinar-X yang ditingkatkan dapat digunakan hanya dalam beberapa tahun. Saya harap Anda siap untuk masa depan—masa depan akan segera hadir.