ஷாங்காயில் 2027 திறப்பை இலக்காகக் கொண்டு, சீனாவின் SHINE எக்ஸ்-கதிர் லேசர் முதல் ஒளியை உருவாக்கியது

4 GeV எலக்ட்ரான் கற்றை, ஷாங்காயின் முக்கியத் திட்டத்தை செயல்பாட்டுக்கு மேலும் நெருக்கமாகக் கொண்டுவந்தது

ஷாங்காயில் உள்ள சீனாவின் SHINE ஆய்வு மையம், நிறைவடைந்த முடுக்கியின் திட்டமிடப்பட்ட ஆற்றலில் பாதியான 4 gigaelectronvolt (GeV) எலக்ட்ரான் கற்றையைப் பயன்படுத்தி, தனது முதல் சுதந்திர-எலக்ட்ரான் லேசர் ஒளியை உருவாக்கியுள்ளது. இந்த முன்னேற்றத்தை அக்டோபர் 21 அன்று ஷாங்காய் டெக் பல்கலைக்கழகம் அறிவித்தது. 2027ஆம் ஆண்டின் இறுதிக்குள் திட்டத்தை நிறைவு செய்து செயல்பாட்டுக்குக் கொண்டுவரும் இலக்கை நோக்கிய முக்கியப் படியாக இது அமைந்துள்ளது.

தலா 4 மீட்டர் நீளமுள்ள 18 அலைவூக்கி தொகுதிகள் மூலம் முதல் ஒளி உருவாக்கப்பட்டது. ஒவ்வொரு தொகுதியிலும் 55 மில்லிமீட்டருக்கு ஒருமுறை மீண்டும் வரும் காந்த அமைப்பு உள்ளது. இந்தத் தொகுதிகள் இணைந்து 72 மீட்டர் நீளமுள்ள காந்த அமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. இவை வேகமான எலக்ட்ரான்களை வளைந்த பாதையில் செலுத்தி, அவற்றிலிருந்து ஒளி வெளிப்படச் செய்கின்றன; அந்த ஒளி திரண்டு தீவிரமான லேசர் துடிப்பாகிறது.

SHINE என்பது Shanghai High repetition rate XFEL and Extreme light facility என்பதன் சுருக்கம். நானோமீட்டர் அளவிலான கட்டமைப்புகளையும், ஃபெம்டோவினாடிகள் நீடிக்கும் மாற்றங்களையும் ஆய்வுசெய்ய விஞ்ஞானிகளுக்கு உதவும் வகையில் இது வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு நானோமீட்டர் என்பது ஒரு மீட்டரில் நூறு கோடியில் ஒரு பங்கு; ஒரு ஃபெம்டோவினாடி என்பது ஒரு வினாடியின் நூறு கோடியில் ஒரு பங்கில் ஒரு பங்கு. இந்த அளவுகள், அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் நுண்ணிய கட்டமைப்புகளையும் விரைவான இயக்கங்களையும் ஆய்வுசெய்ய ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு உதவுகின்றன.

கட்டுமானம் ஏப்ரல் 2018இல் தொடங்கியது. பணி நிறைவடையும்போது, மீக்கடத்தி நேரியல் முடுக்கி 8 GeVஐ எட்டும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. சில செயல்பாட்டு முறைகளில் வினாடிக்கு பத்து லட்சம் எக்ஸ்-கதிர் துடிப்புகள் கிடைக்கும். முதல் இரண்டு அலைவூக்கி வரிசைகள் 0.2 முதல் 15 கிலோஎலக்ட்ரான் வோல்ட் (keV) வரையிலான ஃபோட்டான் ஆற்றல்களை வழங்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

உடனடி சாதனை, உபகரணங்களைச் செயல்பாட்டுக்குக் கொண்டுவந்து அவற்றின் செயல்திறனைச் சரிபார்க்கும் செயல்முறையான இயக்கச் சோதனையின்போது லேசர் ஒளியை உருவாக்கியதாகும். வருகை தரும் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கான வழக்கமான பரிசோதனைகள், 2027இல் செயல்பாட்டுக்கு மாறுவதற்கான திட்டத்தின் ஒரு பகுதியாகவே உள்ளன. திறப்பு நாள் அல்லது ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கான விண்ணப்ப அட்டவணை குறித்து ஷாங்காய் டெக் அறிவிக்கவில்லை.

இயங்கும் எலக்ட்ரான்கள் எக்ஸ்-கதிர் லேசரை எவ்வாறு உருவாக்குகின்றன

பலருக்குத் தெரிந்த லேசர்களின் உள்ளே காணப்படும் ஒளி உமிழும் பொருளுக்குப் பதிலாக, SHINE எலக்ட்ரான்களிலிருந்து தொடங்குகிறது. அதன் நேரியல் முடுக்கி எலக்ட்ரான்களுக்கு ஆற்றல் அளித்த பின்னர், அவற்றை அலைவூக்கிகள் வழியாகச் செலுத்துகிறது. அங்கு மாறிமாறி அமைந்துள்ள காந்தப்புலங்கள் அவற்றை பக்கவாட்டில் அசையச் செய்து, கதிர்வீச்சை வெளியிடச் செய்கின்றன.

அடுத்தடுத்த தொகுதிகள் வழியாகச் செல்லும்போது, எலக்ட்ரான்களும் கதிர்வீச்சும் ஒன்றுடன் ஒன்று வினைபுரிகின்றன. ஏற்ற சூழ்நிலைகளில், எலக்ட்ரான்கள் சிறு குழுக்களாகத் திரண்டு ஒரே நேரத்தில் கதிர்வீச்சை வெளியிடுகின்றன; இதனால் ஒளி வலுப்பட்டு ஆற்றல்மிக்க துடிப்பாகிறது. எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றலும் காந்த அமைப்புகளுக்கு இடையிலான இடைவெளியும், உருவாகும் ஃபோட்டான்களின் ஆற்றலைத் தீர்மானிக்க உதவுகின்றன. ஃபோட்டான்கள் ஒளியை உருவாக்கும் தனித்தனி ஆற்றல் பொதிகளாகும்.

4 GeV என்ற அளவு, முதல் ஒளியை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்பட்ட எலக்ட்ரான் கற்றையைக் குறிக்கிறது. 0.2 முதல் 15 keV வரையிலான வரம்பு, முதல் இரண்டு வரிசைகளிலிருந்து கிடைக்கும் என எதிர்பார்க்கப்படும் ஃபோட்டான்களைக் குறிக்கிறது. இவை இயந்திரத்தின் வெவ்வேறு பகுதிகளுக்கான அளவீடுகள்: இங்கு GeV என்பது செயல்முறையை இயக்கும் துகள்களைக் குறிக்கிறது; keV என்பது பரிசோதனைகளுக்கு வழங்கப்படும் எக்ஸ்-கதிர்களைக் குறிக்கிறது.

SHINE தொடர்ச்சியான அலை மீக்கடத்தி முடுக்கியைப் பயன்படுத்துகிறது. மீக்கடத்திக் கூறுகள் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் இயங்குவதுடன், மின்சாரத்தை மிகக் குறைந்த எதிர்ப்புடன் கடத்துகின்றன. தொடர்ச்சியான அலைச் செயல்பாடு முடுக்கியின் ரேடியோ அதிர்வெண் புலங்களைத் தடையின்றி இயங்கச் செய்கிறது. இதனால், நீண்ட இடைவெளி கொண்ட வெடிப்புகளைச் சார்ந்திருக்காமல், அடிக்கடி எலக்ட்ரான் கொத்துகளை உருவாக்க முடிகிறது.

வெவ்வேறு ஆற்றல் வரம்புகளைக் கொண்ட மூன்று கற்றை வழிகள்

முதல் கட்டத்தின் முழு அளவு, முதல் ஒளி சாதனையில் பயன்படுத்தப்பட்ட உபகரணங்களைவிடப் பெரியது. சர்வதேச துகள் முடுக்கி மாநாட்டில் சமர்ப்பிக்கப்பட்ட திட்டத்தின் 2024 முன்னேற்ற அறிக்கை, மூன்று அலைவூக்கி வரிசைகள், மூன்று எக்ஸ்-கதிர் கடத்துக் கற்றை வழிகள், 10 பரிசோதனை நிலையங்கள் ஆகியவற்றை விவரிக்கிறது. இவை அடிப்படையாக 0.4 முதல் 25 keV வரையிலான ஃபோட்டான் ஆற்றல் வரம்பை உள்ளடக்குகின்றன.

FEL-I, 3 முதல் 15 keV வரையிலும்; FEL-II, 0.4 முதல் 3 keV வரையிலும்; FEL-III, 10 முதல் 25 keV வரையிலும் செயல்படுமாறு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. FEL-II மிகக் குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட, அதாவது மென்மையான எக்ஸ்-கதிர்களை உருவாக்குகிறது. மற்ற இரண்டு வரிசைகளும் அதிக ஃபோட்டான் ஆற்றலும் குறைந்த அலைநீளமும் கொண்ட கடினமான எக்ஸ்-கதிர்களை உருவாக்குகின்றன.

அண்மைய அறிவிப்பில் கூறப்பட்ட 0.2 முதல் 15 keV வரம்பு முதல் இரண்டு வரிசைகளைப் பற்றியது. விரிவான 0.4 முதல் 25 keV அடிப்படை வரம்பில் FEL-III-யும் அடங்கும். FEL-IIக்கு 5 GeV எலக்ட்ரான் கற்றையைச் செலுத்தும் கூடுதல் மாற்றுப்பாதையையும் 2024 அறிக்கை விவரிக்கிறது; இதன்மூலம் அதன் வெளியீட்டை 0.2 keV வரை நீட்டிக்க முடியும்.

FEL-Iக்காக 42 தள அலைவூக்கிகளையும், FEL-IIக்காக 32 அலைவூக்கிகளையும், ஒளியின் மின்புலம் எந்தத் திசையில் அலைகிறது என்பதைக் குறிக்கும் துருவமுனைப்பைச் சரிசெய்யக்கூடிய நான்கு பிந்தைய அலைவூக்கிகளையும் அதே அறிக்கை குறிப்பிடுகிறது. முதல் ஒளிக்குப் பயன்படுத்தப்பட்ட 18 தொகுதிகள், இந்தப் பெரிய திட்டமிட்ட நிறுவலின் ஒரு இயக்கச் சோதனை அமைப்பாகும்.

செயல்திறனும் ஒவ்வொரு வரிசைக்கும் மாறுபடும். FEL-I மற்றும் FEL-IIக்கான வடிவமைப்பில், துடிப்புகள் சுமார் 30 ஃபெம்டோவினாடிகள் நீடிக்கும்; மீள்நிகழ்வு வீதம் 1 MHz வரை இருக்கும். அதாவது வினாடிக்கு பத்து லட்சம் துடிப்புகள். 2023ஆம் ஆண்டு தொழில்நுட்ப ஆய்வு, FEL-III வினாடிக்கு 0.1 MHz, அதாவது ஒரு லட்சம் துடிப்புகள் வரை வழங்கும் எனக் குறிப்பிடுகிறது.

இவ்வளவு குறுகிய துடிப்புகள் மூலம் விஞ்ஞானிகள் என்ன காண முடியும்

உயிரியல் அறிவியல், குவாண்டம் பொருட்கள், எதிர்கால ஆற்றல் ஆராய்ச்சி ஆகியவை SHINE-இன் திட்டமிட்ட பயன்பாடுகளில் அடங்கும். சிறிய இட அளவுகளையும் மிகக் குறுகிய நேர வெளிப்பாடுகளையும் இணைப்பதே இந்த நோக்கங்களின் மையமாக உள்ளது: பொருள் எவ்வாறு அமைந்துள்ளது, அந்த அமைப்பு எவ்வாறு மாறுகிறது ஆகிய இரண்டையும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் அறிய விரும்புகின்றனர்.

குறுகிய எக்ஸ்-கதிர் துடிப்பு, விரைவான செயல்முறையின் ஒரு கட்டத்தைப் பதிவு செய்யும். செயல்முறையைத் தொடங்கிய நேரத்துக்கும் ஆய்வுக்குட்படுத்தும் நேரத்துக்கும் இடையிலான தாமதத்தை மாற்றி, பரிசோதனையை மீண்டும் மீண்டும் செய்வதன் மூலம் மாற்றங்களின் தொடரை ஆராய்ச்சியாளர்கள் தொகுக்க முடியும். இது, தனித்தனி படங்களை இணைத்து ஒரு திரைப்படத்தை உருவாக்குவது போன்றது. அடிக்கடி வரும் துடிப்புகள் அதிக அளவீடுகளைச் சேகரிக்கும் வாய்ப்பை வழங்குகின்றன; ஒவ்வொரு சமிக்ஞையும் பலவீனமாக இருக்கும் சூழல்களில் இது குறிப்பாகப் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

தொடக்கப் பரிசோதனை நிலையங்களில் ஒத்திசைவான விளிம்பு விளிம்பு படமெடுப்பு, அதிவேக எக்ஸ்-கதிர் நிறமாலையியல், ஒளிஎலக்ட்ரான் அளவீடுகள், தொடர் ஃபெம்டோவினாடி படிகவியல் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தத் திட்டமிடப்பட்டுள்ளது. எக்ஸ்-கதிர்கள் மாதிரியிலிருந்து சிதறும்போது உருவாகும் வடிவத்தை வைத்து அதன் கட்டமைப்பை விளிம்பு படமெடுப்பு மீளமைக்கிறது. பொருள் கதிர்வீச்சை எவ்வாறு உறிஞ்சுகிறது அல்லது வெளியிடுகிறது என்பதை நிறமாலையியல் ஆய்வு செய்து, அதன் மின்னணுக் கட்டமைப்பு பற்றிய தகவல்களை வெளிப்படுத்துகிறது.

தொடர் ஃபெம்டோவினாடி படிகவியல் முறையில், மிகக் குறுகிய துடிப்புகளுக்கு உட்படுத்தப்படும் பல சிறிய படிகங்களிலிருந்து விளிம்பு வடிவங்கள் சேகரிக்கப்படுகின்றன. ஒளியால் வெளியேற்றப்படும் எலக்ட்ரான்களை ஒளிஎலக்ட்ரான் நுட்பங்கள் அளவிடுகின்றன; இதன்மூலம் பொருட்களுக்குள் எலக்ட்ரான்கள் எவ்வாறு நடந்துகொள்கின்றன என்பதை ஆராயலாம். திட்டமிட்டுள்ள இந்த முறைகள் அனைத்தும், நுண்ணிய கட்டமைப்பை விரைவான இயற்பியல் அல்லது வேதியியல் மாற்றங்களுடன் தொடர்புபடுத்த SHINEக்கு பல வழிகளை வழங்குகின்றன.

ஒளியின் மீது அதிகக் கட்டுப்பாடு

SHINE-இன் மென்மையான எக்ஸ்-கதிர் வரிசை, ஒரே வகைத் துடிப்புக்கு பதிலாகப் பல செயல்பாட்டு முறைகளை வழங்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்படுகிறது. Frontiers in Physics இதழில் வெளியான 2023 கற்றை வழி ஆய்வு, சுய-பெருக்கப்பட்ட தன்னிச்சை உமிழ்வு, சுய-விதையிடல், வெளிப்புற விதையிடல், துருவமுனைப்புக் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றை அதன் அடிப்படைத் தேர்வுகளாகக் குறிப்பிடுகிறது.

சுருக்கமாக SASE எனப்படும் சுய-பெருக்கப்பட்ட தன்னிச்சை உமிழ்வில், எலக்ட்ரான்களின் தொடக்கக் கதிர்வீச்சிலிருந்தே லேசர் வளர்கிறது. விதையிடல் முறையில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தொடக்கச் சமிக்ஞை பயன்படுத்தப்படுகிறது. சுய-விதையிடல், எக்ஸ்-கதிர் கதிர்வீச்சின் ஒரு பகுதியை வடிகட்டி, அதைப் பயன்படுத்தி மேலும் பெருக்கத்தைத் தூண்டுகிறது; வெளிப்புற விதையிடல் தனி லேசரிலிருந்து தொடங்குகிறது. இந்த முறைகள், துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட நிறமாலையும் நேர அமைப்பும் கொண்ட ஒளியை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.

மென்மையான எக்ஸ்-கதிர் கதிர்வீச்சி, தலா 4 மீட்டர் நீளமுள்ள 32 தொகுதிகளைக் கொண்டதாகவும், 55 மில்லிமீட்டர் முதன்மைக் காந்த கால அளவைப் பயன்படுத்துவதாகவும் அந்த ஆய்வு விவரிக்கிறது. முன்புறத்தில் உள்ள 14 தொகுதிகள், 55 மற்றும் 75 மில்லிமீட்டர் கால அளவுகளுக்கு இடையே மாற்றக்கூடிய வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டன. இந்த நெகிழ்வுத்தன்மை, வெவ்வேறு செயல்பாட்டு நிலைகளையும் விதை லேசரின் கதிர்வீச்சை இன்னும் குறுகிய அலைநீளங்களாக மாற்றும் நுட்பங்களையும் ஆதரிக்கிறது.

தொடர்புடைய சில தொழில்நுட்பங்கள், SXFEL எனப்படும் தனியான ஷாங்காய் மென்மையான எக்ஸ்-கதிர் சுதந்திர-எலக்ட்ரான் லேசர் மையத்தில் ஏற்கெனவே சோதிக்கப்பட்டுள்ளன. எதிரொலி-உதவிய இசைவெண் பெருக்கம் என்ற முறையைப் பயன்படுத்தி, 47ஆவது மற்றும் 54ஆவது இசைவெண்களில் லேசர் உமிழ்வு ஏற்பட்டதை அந்த ஆய்வு பதிவு செய்கிறது. இந்த முறை, விதை லேசரின் அதிர்வெண்ணின் மடங்குகளில் கதிர்வீச்சை வெளியிடும் வகையில் எலக்ட்ரான்களை ஒழுங்குபடுத்துகிறது. 61ஆவது இசைவெண்ணிலும் ஒரு சமிக்ஞை பதிவாகியுள்ளது.

ஃபோட்டான் ஆற்றல்களின் குறுகிய வரம்பைத் தேர்ந்தெடுக்கும் ஒளியியல் கருவியான ஒற்றைநிறமணி, 2022ஆம் ஆண்டின் இறுதியில் SXFELஇல் சோதிக்கப்பட்டது. 520 எலக்ட்ரான் வோல்ட்டில் 5,300ஐ விட அதிக பிரிப்புத்திறனை அது எட்டியது. மேலும் துல்லியமாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட எக்ஸ்-கதிர் துடிப்புகளை SHINEஇல் வழங்குவதற்கான முயற்சிக்கு இத்தகைய தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிப் பணிகள் ஆதரவளிக்கின்றன. ஃபெம்டோவினாடியைவிட ஆயிரம் மடங்கு குறுகிய, அட்டோவினாடி நீடிப்புள்ள துடிப்புகள் உள்ளிட்ட எதிர்கால வாய்ப்புகளையும் அந்த ஆய்வு விவாதிக்கிறது.

மிகத் தீவிர நிலைகளுக்கான 100 பெட்டாவாட் லேசர்

SHINE, தனது சுதந்திர-எலக்ட்ரான் லேசருடன் 100 பெட்டாவாட் திறன் கொண்ட அதிவிரைவு லேசரை இணைக்கும் அதிதீவிர ஒளி நிலையத்தையும் திட்டமிட்டுள்ளது. இந்த ஆற்றல் கொண்ட லேசரையும் சுதந்திர-எலக்ட்ரான் லேசரையும் இணைக்கும் உலகின் முதல் பரிசோதனை நிலையமாக இதைத் திட்டம் விவரிக்கிறது.

ஒரு பெட்டாவாட் என்பது ஒரு குவாட்ரில்லியன் வாட். 100 பெட்டாவாட் என்ற அளவு, மிகக் குறுகிய துடிப்பின்போது கிடைக்கும் உச்ச ஆற்றலைக் குறிக்கிறது. இவ்வளவு குறுகிய இடைவெளியில் ஆற்றலைக் குவிப்பது, மிகத் தீவிர நிலைகளில் உள்ள பொருளைப் பற்றிய பரிசோதனைகளுக்கு வலுவான மின்காந்தப் புலங்களை உருவாக்குகிறது.

இந்த நிலையத்தின் ஆராய்ச்சி இலக்குகளில் வலுவான புலக் குவாண்டம் மின்னியக்கவியலும் அடங்குவதாக 2024 முன்னேற்ற அறிக்கை குறிப்பிடுகிறது. ஒளியும் மின்சுமை கொண்ட துகள்களும் எவ்வாறு வினைபுரிகின்றன என்பதை குவாண்டம் மின்னியக்கவியல் விவரிக்கிறது. மிக வலுவான புலங்கள், வழக்கமான ஆய்வகப் பரிசோதனைகளில் காணப்படுவதைவிடப் பல மடங்கு தீவிரமான நிலைகளில் இந்த வினையை ஆராய உதவுகின்றன.

அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி இயற்பியலுக்கும் இந்த ஒருங்கிணைந்த நிறுவல் ஆதரவளிக்கும். சிறிய கன அளவில் அதிக ஆற்றல் குவிந்துள்ள பொருளை இது ஆய்வு செய்கிறது. தீவிர ஒளி லேசரையும் எக்ஸ்-கதிர் ஆய்வுக் கற்றையையும் ஒரே பரிசோதனையில் பயன்படுத்துவதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதிதீவிர நிலைகளை உருவாக்கி, அவற்றுக்குள் என்ன நிகழ்கிறது என்பதை ஆராய முடியும்.

3 கிலோமீட்டருக்கும் நீளமான இயந்திரத்தை ஒருங்கிணைத்தல்

SHINE சுமார் 3.1 கிலோமீட்டர் நீளமானது; தரைக்குக் கீழே சுமார் 29 மீட்டர் ஆழத்தில் அமைக்கப்பட்டுள்ளது. இதன் அளவு காரணமாக, முடுக்கியும் காந்தங்களும் மட்டுமல்லாமல், நேரக் கட்டுப்பாடு, உபகரணக் கட்டுப்பாடு, விரைவான பாதுகாப்பு ஆகியவையும் இந்த அறிவியல் கருவியின் அத்தியாவசியப் பகுதிகளாக உள்ளன.

கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு குறித்த ஆய்வுக் கட்டுரை, 10,000 சாதனங்கள் வரை கட்டுப்படுத்தும் நோக்கமுள்ள அமைப்பை விவரிக்கிறது. இதில் மின்வழங்கிகள், லேசர்கள், வெற்றிட உபகரணங்கள் மற்றும் முடுக்கி வளாகம் முழுவதும் பரவியுள்ள பிற கூறுகளும் அடங்கும். அந்தக் கட்டுரை Nuclear Engineering and Technology இதழில் வெளியானது.

உபகரணக் கட்டுப்பாடுகளை இயக்குநர் இடைமுகங்கள், தரவுச் சேகரிப்பு, கண்காணிப்பு ஆகியவற்றுடன் இணைக்க, Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) கட்டமைப்பை இந்த அமைப்பு பயன்படுத்துகிறது. White Rabbit தொழில்நுட்பத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட நேரக் கட்டமைப்பு, மையம் முழுவதும் கடிகாரச் சமிக்ஞைகளைப் பகிர்ந்தளிக்கிறது. உட்செலுத்தி நேரக் கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு நிறுவப்பட்டு வெற்றிகரமாகப் பயன்படுத்தப்பட்டது; அது 1.003086 MHz அதிர்வெண்ணில் சமிக்ஞைகளைப் பகிர்ந்தளித்தது.

இயந்திரப் பாதுகாப்பும் சவாலான பணியாகும். சுமார் 5,000 கோளாறு சமிக்ஞைகளை வடிவமைப்பு கண்காணிக்கிறது; உபகரணங்களின் நிலை தேவைப்படும்போது கற்றையைக் குறைக்க அல்லது நிறுத்த, நிரல்படுத்தக்கூடிய மின்னணுக் கருவிகளைப் பயன்படுத்துகிறது. ஒரு நிலையத்திற்குள் எதிர்வினை நேரம் ஒரு மைக்ரோவினாடிக்கும் குறைவாகவும், நிலையங்களுக்கு இடையே 30 மைக்ரோவினாடிக்கும் குறைவாகவும் இருக்கும் என அறிக்கை குறிப்பிடுகிறது. சக்திவாய்ந்த கற்றை திட்டமிட்ட நிலைமைகளுக்கு வெளியே சென்றால், விரைவான பாதுகாப்பு சேதத்தைக் குறைக்க உதவுகிறது.

அந்த ஆய்வுக் கட்டுரை சமர்ப்பிக்கப்பட்டபோது, உட்செலுத்தி மட்டுமே செயல்பாட்டில் இருந்தது; முழு முடுக்கிக் கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு இன்னும் உருவாக்கப்பட்டுக் கொண்டிருந்தது. அதற்குப் பிந்தைய முதல் ஒளி அறிவிப்பு, இயக்கச் சோதனையின் அடுத்த கட்டத்தைக் குறிக்கிறது. முடுக்கி, கதிர்வீச்சுக் கடத்தல், பாதுகாப்பு அமைப்புகள், பரிசோதனை நிலையங்கள் ஆகியவற்றை ஒருங்கிணைப்பது, வழக்கமான அறிவியல் பயன்பாட்டுக்கு மாறும் திட்டத்தில் இன்னும் முக்கியமானதாக உள்ளது.

SHINEஐ உருவாக்குபவர்கள் யார், அடுத்து என்ன

கட்டுமானத்துக்குப் பொறுப்பான சட்டப்பூர்வ அமைப்பு ஷாங்காய் டெக் பல்கலைக்கழகம். திட்டமிடல், பொறியியல் மேற்பார்வை, தரம் மற்றும் பாதுகாப்பு மேலாண்மை, எதிர்காலச் செயல்பாடு மற்றும் திறந்த அணுகல் ஆகியவை அதன் பொறுப்புகளில் அடங்கும். குடிமைப் பொறியியல் பணிகள், ஐந்து பரிசோதனை நிலையங்கள், கற்றை வழிக் கட்டுமானத்தின் ஒரு பகுதி ஆகியவற்றுக்கும் அது பொறுப்பேற்கிறது.

சீன அறிவியல் கழகத்தின் ஷாங்காய் மேம்பட்ட ஆராய்ச்சி நிறுவனம், முடுக்கி, அலைவூக்கிகள், பயன்பாட்டு வசதிகள், சில கற்றை வழிகள் ஆகியவற்றுக்குப் பொறுப்பாக உள்ளது. ஷாங்காய் ஒளியியல் மற்றும் நுண் இயற்பியல் நிறுவனம், அதிதீவிர ஒளி இயற்பியல் கற்றை வழி நிலையத்தைக் கட்டமைக்கிறது. இந்தப் பொறுப்புப் பகிர்வு, முடுக்கி, பரிசோதனை உபகரணங்கள், எதிர்காலப் பயனர் செயல்பாடு ஆகியவற்றை பல நிறுவனங்களிடையே பகிர்ந்தளிக்கிறது.

திட்டத்தின் வெளியிடப்பட்ட முக்கியக் கட்டங்கள், நிலத்தடி கட்டுமானத்திலிருந்து கற்றை இயக்கச் சோதனை வரையிலான முன்னேற்றத்தைக் காட்டுகின்றன:

• ஏப்ரல் 2018: ஷாங்காயில் குடிமைக் கட்டுமானம் தொடங்கியது.
• 2022ஆம் ஆண்டின் இறுதி: SXFELஇல் 520 எலக்ட்ரான் வோல்ட்டில் ஒற்றைநிறமணி சோதனை, 5,300க்கும் அதிகமான பிரிப்புத்திறனை எட்டியது.
• ஏப்ரல் 2023: SHINE உட்செலுத்தியை நிறுவும் பணி தொடங்கியது.
• 2023ஆம் ஆண்டின் இறுதி: 2024 முன்னேற்ற அறிக்கையின்படி, அனைத்துத் தண்டுகளும் சுரங்கப் பாதைகளும் நிறைவடைந்தன.
• அக்டோபர் 21 அறிவிப்பு: 4 GeV எலக்ட்ரான் கற்றை மற்றும் 18 அலைவூக்கி தொகுதிகளைப் பயன்படுத்தி முதல் ஒளி உருவாக்கப்பட்டதாக ஷாங்காய் டெக் அறிவித்தது.
• 2027ஆம் ஆண்டின் இறுதி: SHINE திட்ட நிறைவு மற்றும் செயல்பாட்டை இலக்காகக் கொண்டுள்ளது.

கட்டுமானம் முன்னேறியபோது முந்தைய தொழில்நுட்ப அட்டவணைகளும் மாறின. 2023 கற்றை வழி ஆய்வு, 2025 வசந்த காலத்தில் FEL-II இயக்கச் சோதனை தொடங்கும் என எதிர்பார்த்தது. 2024 முன்னேற்ற அறிக்கை, 2025ஆம் ஆண்டின் இறுதிக்குள் முதல் லேசர் உமிழ்வு சாத்தியமானதுதான், ஆனால் சவாலானது எனக் குறிப்பிட்டது; 2027இல் பயனர் பரிசோதனைகள் தொடங்கும் என எதிர்பார்த்தது. அண்மைய அறிவிப்பு, திட்ட நிறைவு மற்றும் செயல்பாட்டுக்கான இலக்காக 2027ஆம் ஆண்டின் இறுதியைக் குறிப்பிடுகிறது.

அடிக்கடி துடிப்புகளை வழங்கும் திறனையும் கடின எக்ஸ்-கதிர் சுதந்திர-எலக்ட்ரான் லேசர் திறனையும் இணைக்கும் இந்த வகையைச் சேர்ந்த இரண்டு மையங்களில் ஒன்றாக SHINE விவரிக்கப்படுகிறது. மற்றொன்று, அமெரிக்காவில் கட்டப்பட்டுவரும் Linac Coherent Light Source II உயர் ஆற்றல் மேம்பாட்டுத் திட்டமாகும். இயக்கச் சோதனைகள் நிறைவடைந்தபின், திட்டமிட்ட ஆற்றல் வரம்புகள், துடிப்பு முறைகள், பரிசோதனை நிலையங்கள் ஆகியவற்றை ஆராய்ச்சியாளர்கள் அணுக முடிவதே ஷாங்காய் திட்டத்தின் நடைமுறைப் பயனாக இருக்கும்.

முக்கிய அம்சங்கள்

• ஷாங்காயில் 4 GeV எலக்ட்ரான் கற்றையையும் 18 அலைவூக்கி தொகுதிகளையும் பயன்படுத்தி SHINE முதல் ஒளியை உருவாக்கியுள்ளது.
• நிறைவடைந்த முடுக்கி 8 GeVஐ எட்டும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது; இது இந்தச் சாதனைக்குப் பயன்படுத்தப்பட்ட எலக்ட்ரான் ஆற்றலைவிட இரு மடங்கு.
• முதல் இரண்டு வரிசைகள் 0.2 முதல் 15 keV வரையிலான ஆற்றலை வழங்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது; மூன்று வரிசைகளுக்கான விரிவான அடிப்படை வரம்பு 25 keV வரை நீள்கிறது.
• சில செயல்பாட்டு முறைகள், பத்து கணக்கான ஃபெம்டோவினாடிகள் நீடிக்கும் துடிப்புகளுடன், வினாடிக்கு பத்து லட்சம் எக்ஸ்-கதிர் துடிப்புகளை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.
• முதல் கட்டத்தில் 10 பரிசோதனை நிலையங்கள் திட்டமிடப்பட்டுள்ளன; அவற்றில் எக்ஸ்-கதிர்களை 100 பெட்டாவாட் லேசருடன் இணைக்கும் நிலையமும் அடங்கும்.
• இந்தத் திட்டத்துக்கு ஷாங்காய் டெக் பல்கலைக்கழகம் தலைமை வகிக்கிறது; 2027ஆம் ஆண்டின் இறுதிக்குள் நிறைவு செய்து செயல்பாட்டுக்குக் கொண்டுவர இலக்கு நிர்ணயிக்கப்பட்டுள்ளது.