Poprzednia

ⓘ Solaris (synchrotron)




Solaris (synchrotron)
                                     

ⓘ Solaris (synchrotron)

SOLARIS – pierwszy polski synchrotron, zbudowany w Krakowie przez Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS, jednostkę pozawydziałową Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Synchrotron SOLARIS to akcelerator elektronów, oraz nowoczesne urządzenie badawcze generujące promieniowanie elektromagnetyczne od podczerwieni do promieniowania rentgenowskiego. Synchrotron przyspiesza wiązkę elektronów do energii 1.5 GeV, umożliwiając z zastosowaniem undulatora otrzymanie promieniowania synchrotronowego o energii fotonu z zakrsu miękkiego promieniowania rentgenowskiego linia PEEM/XAS, do 2000 eV lub dalekiego ultrafioletu linia UARPES, 8 - 100 eV. Przeznaczone jest do badań w wielu dziedzinach nauki, m.in. w biologii, fizyce, chemii, medycynie, archeologii, historii sztuki.

Budynek, w którym znajduje się synchrotron, zlokalizowany jest na terenie Kampusu 600-lecia Odnowienia Uniwersytetu Jagiellońskiego. Sąsiaduje z podstrefą specjalnej strefy ekonomicznej zarządzanej przez Krakowski Park Technologiczny.

Nazwa synchrotronu SOLARIS pochodzi od powieści Stanisława Lema, który mieszkał i pracował w Krakowie.

                                     

1. Historia

Starania związane z powstaniem polskiego synchrotronu rozpoczęły się w 1998 roku, gdy grono profesorów z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego i Akademii Górniczo-Hutniczej, w tym również członków Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego, wystąpiło do ówczesnego Komitetu Badań Naukowych z inicjatywą budowy synchrotronu oraz utworzenia Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego.

Formalny wniosek w sprawie budowy polskiego źródła promieniowania synchrotronowego wpłynął do Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w 2006 r. W 2009 r. Uniwersytet Jagielloński podpisał umowę o współpracy ze szwedzkim laboratorium MAX-Lab, działającym przy Uniwersytecie w Lund. Porozumienie zakładało budowę dwóch bliźniaczych ośrodków promieniowania synchrotronowego: w Polsce i w Szwecji. Projekty synchrotronów wykorzystywały rozwiązania technologiczne opracowane przez szwedzkich naukowców i inżynierów.

W kwietniu 2010 r. Uniwersytet Jagielloński podpisał umowę z Ministerstwem Nauki i Szkolnictwa Wyższego na dofinansowanie projektu "Narodowe Centrum Promieniowania Elektromagnetycznego dla celów badawczych etap I”. Źródłem funduszy był Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka 2007-2013. Budynek, w którym mieści się synchrotron, powstał w okresie od stycznia 2012 r. do maja 2014 r. W 2014 r. zakończyły się prace instalacyjne urządzeń, m.in. elektromagnesów oraz komór próżniowych. W czerwcu 2015 r. zespół fizyków z SOLARIS wprowadził wiązkę elektronów do pierścienia synchrotronu i zobaczył pierwsze światło przy wyjściu do linii badawczych. We wrześniu 2015 r. odbyło się uroczyste otwarcie Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS.

Pierwsi użytkownicy linii badawczych rozpoczęli badania w październiku 2018 r.

                                     

2. Budowa i działanie

Synchrotron jest akceleratorem elekronów, jego głównymi częściami są akcelerator liniowy i pierścień akumulacyjny.

Pierwszym elementem akcelaratora jest działo elektronowe, składa się ono z katody z tlenku baru emitującej elektrony oraz wstępnego akceleratora w postaci wnęki rezonansowej formującej paczki elektronów i przyspieszającej je do energii 2.8 MeV. Tak uformowane paczki elektronów trafiają do akceleratora liniowego liniaka o długości 40 m, przyspiesza on elektrony do energii do 600 MeV. Liniak składa się z sześciu struktur przyspieszających, między którymi są sekcje formujące i korygujące tor wiązki elektronów. Elektrony są wstrzykiwane do pierścienia akumulacyjnego przez zespół urządzeń określanych jako linia transferowa.

Pierścień akumulacyjny jest głównym akceleratorem w centrum SOLARIS. Układ w postaci pierścienia składa się z 12 sekcji zakrzywiających DBA tor ruchu i formujących wiązkę. Każda z tych sekcji składa się z magnesów dipolowych zakrzywiających oraz kwadrupolowych i sekstupolowych ogniskujących wiązkę. Sekcje zakrzywiające przedzielone są sekcjami prostymi. W dwóch sekcjach prostych zainstalowane są urządzenia przyspieszające i formatujące wiązki. W 10 można wstawić undulatory i wiglery, tworzące promieniowanie synchrotronowe. Uzyskane promieniowanie jest przesyłane do urządzeń określanych jako linie badawcze.

                                     

3. Parametry pierścienia akumulacyjnego SOLARIS

Ważniejsze parametry pierścienia akumulacyjnego SOLARIS:

  • Maksymalna liczba paczek elektronowych: 32
  • Rozmiar wiązki centrum sekcji prostej σ x, σ y: 184 μm, 13 μm
  • Kompakcja pędu: 3.055 x 10 -3
  • Całkowity czas życia elektronów: 13 h.
  • Skorygowana chromatyczność ξ x, ξ y: +1, +1
  • Energia elektronów: 1.5 GeV
  • Główna częstotliwość: 99.91 MHz
  • Rozmiar wiązki centrum dipola σ x, σ y: 44 μm, 30 μm
  • Liczba sekcji prostych technicznych: 2
  • Sprzężenie: 1%
  • Emitancja horyzontalna bez UW: 6 nm rad
  • Obwód pierścienia: 96 m
  • Liczba sekcji prostych dla urządeń: 10
  • Prąd: 500 mA
  • Dostrojenie Q x, Q y: 11.22; 3.15
  • Naturalna chromatyczność ξ x, ξ y: -22.96, -17.14
                                     

4. Linie badawcze synchrotronu SOLARIS

Synchrotron SOLARIS rozpoczął funkcjonowanie z dwiema liniami badawczymi:

  • PEEM/XAS ang. Photoemission Electron Microscopy / X-ray Absorption Spectroscopy - fotoemisyjna mikroskopia elektronowa / rentgenowska spektroskopia absorpcyjna – linia zoptymalizowana dla fotonów z zakresu niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, wyposażona w dwie stacje badawcze: elektronowy mikroskop fotoemisyjny PEEM oraz komorę XAS. Elektronowy mikroskop fotoemisyjny pozwala na obrazowanie właściwości topograficznych, chemicznych, elektronowych i strukturalnych materii. Eksperymenty w komorze XAS będą dostarczać informacji o wewnętrznej strukturze magnetycznej próbki.
  • UARPES ang. Ultra Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy – kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoelektronów – linia dostarcza fotony w zakresie próżniowego ultrafioletu. Technika ARPES pozwala na pomiar trzech fundamentalnych dla elektronów parametrów: energii, pędu i spinu. Tym samym pozwala na pełny opis elektronowej struktury materii. Stosowana jest m.in. w badaniach nowych materiałów elektronicznych, nanostruktur, w fizyce nadprzewodników i półprzewodników.

Docelowo na hali eksperymentalnej synchrotronu SOLARIS znajdzie się kilkanaście linii badawczych. Łącznie będą one wyposażone w około trzydzieści stanowisk pomiarowych.



                                     

4.1. Linie badawcze synchrotronu SOLARIS Linie badawcze w budowie

W trakcie budowy w 2019 roku były linie:

  • PHELIX: – linia będzie wykorzystywać miękkie promieniowanie rentgenowskie wytwarzane przez undulator typu APPLE II z magnesami stałymi.

zastosowanie: w badaniach nowych materiałów oraz cienkich warstw i wielowarstw.

  • XMCD: – linia będzie wykorzystywać promieniowanie o zmiennej polaryzacji emitowane przez undulator EPU ang. elliptically polarizing undulator. Zastosowanie: badania uporządkowania magnetycznego i struktury domenowej, obrazowanie chemiczne z bardzo wysoką rozdzielczością oraz spektroskopia biomolekuł.
  • SOLABS: – linia spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego. Zastosowanie: do badań materiałowych, zarówno o charakterze podstawowym, jak i aplikacyjnym.
  • SOLCRYS: – linia do badań strukturalnych, która będzie wykorzystywać twarde promieniowanie rentgenowskie do 25 keV. Zastosowanie: w badaniach strukturalnych oraz wykonywanych w ekstremalnych warunkach wysokie ciśnienie, temperatura.
                                     

4.2. Linie badawcze synchrotronu SOLARIS Linie badawcze zaplanowane

Linie badawcze zaplanowane otrzymane dofinansowanie z MNiSW

  • FTIR: – linia badawcza mikroskopii absorpcyjnej w zakresie podczerwieni wraz z obrazowaniem. Zastosowanie: w biomedycynie, nanotechnologii, naukach o środowisku i wielu innych dziedzinach. Planowane badania umożliwią między innymi ukierunkowanie syntezy potencjalnych leków i ich projektowanie.
  • POLYX: – linia badawcza będzie umożliwiać wysokorozdzielcze multimodalne obrazowanie w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego. Zastosowanie: testowanie nowych rozwiązań dotyczących optyki rentgenowskiej i detektorów.
  • STXM: – stacja badawcza skaningowej transmisyjnej mikroskopii rentgenowskiej będzie stanowić element gałęzi linii badawczej XMCD. Zastosowanie: analiza chemiczna w nanoskali poprzez kombinację spektrometrii absorpcji promieniowania rentgenowskiego i mikroskopii.
                                     

5. Parametry budynku

  • Tunel liniaka oraz tunel technologiczny – 7.7 m poniżej poziomu terenu
  • Hala – 3.2 m poniżej poziomu terenu
  • Tunel technologiczny – długość 110 m, szerokość 5.20 m.
  • Powierzchnia budynku – 8000m 2
  • Tunel liniaka – długość 110 m, szerokość 4.15 m
  • Powierzchnia hali wraz z pierścieniem – 3000 m²
  • Wysokość całego budynku – 19.7 m
  • Wysokość budynku nad powierzchnią ziemi – 12.5 m
                                     

6. Badania

Dostęp do SOLARIS jest bezpłatny dla naukowców prowadzących badania niekomercyjne. Dla użytkowników synchrotronu powstał specjalny portal DUO Digital User Office, przez który mogą składać wnioski o badania. Możliwe są także badania komercyjne.

                                     
  • Akcelerator liniowy w synchrotronie SOLARIS

Użytkownicy również szukali:

uarpes,

...
...
...