Kaliforniya’daki Linac Tutarlı Işık Kaynağı yıllardır rekor kıran X-ışını darbeleri ateşliyor, ancak artık kapatılıp yükseltilmesi gerekiyor. Tekrar açıldığında daha da güçlü olacak
SLAC’ın LCLS-II X-ışını lazerinin önemli bir bileşeni olan niyobyum boşluğundan geçen bir elektron ışınının çizimi
Eşit aralıklı metal silindirlerle süslenmiş beton bir koridor olan Klystron Galerisi görüş alanımı aşacak kadar uzun. Ama içinde durduğumda ayaklarımın altında çok daha muhteşem bir şeyin saklandığını biliyorum.
Klystron Galerisi’nin altında 3,2 kilometre boyunca uzanan devasa bir metal tüp var: Linac Tutarlı Işık Kaynağı II (LCLS-II). Kaliforniya’daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda bulunan bu makine, dünyadaki herhangi bir tesiste üretilenlerden daha güçlü X-ışını atımları üretiyor ve yakın zamanda kendi rekorlarından birini kırdığı için onu ziyaret ediyorum. Ancak yakında en güçlü bileşenleri yükseltme nedeniyle kapatılacak. Muhtemelen 2027 gibi erken bir tarihte tekrar açıldığında, X-ışınları iki kattan fazla enerjiye sahip olacak.
SLAC’tan James Cryan, “Bu, bir parıltıdan ampule geçiş gibi olacak” diyor.
LCLS-II’yi sadece bir pırıltı olarak tanımlamak çok yetersiz bir ifadedir. 2024 yılında şimdiye kadar kaydedilen en güçlü X-ışını darbesini üretti. Saniyenin milyarda birinin milyarda birinin yalnızca 440 milyarda biri kadar sürdü, ancak neredeyse bir terawattlık güç taşıyordu; bu, bir nükleer enerji santralinin ortalama yıllık üretimini çok aşar. Dahası, 2025 yılında LCLS-II, bir saniyede 93.000 X-ışını darbesi üretti; bu, bir X-ışını lazeri için rekordur.
Cryan, bu son kaydın araştırmacılara, moleküllerin içindeki parçacıkların enerjiyi emdikten sonraki davranışlarına eşi benzeri görülmemiş bir bakış açısı getirmenin yolunu açtığını söylüyor. Bu, onların davranışlarını gösteren siyah beyaz bir filmi daha keskin, renkli bir filme dönüştürmekle kıyaslanabilir. Bu başarı ve yaklaşan yükseltme arasında, LCLS-II, ister fotosentez yapan bitkiler olsun, isterse daha iyi güneş pilleri için aday olsun, ışığa duyarlı sistemlerin atom altı davranışlarına ilişkin anlayışımızı radikal bir şekilde geliştirme şansına sahiptir.
LCLS-II tüm bunları, elektronları ışık hızına (nihai kozmik hız sınırı) yaklaşana kadar hızlandırarak başarıyor. Klystron Galerisi’ne adını veren klistronlar olan gördüğüm silindirik cihazlar, bu ivmeyi sağlayan mikrodalgaların üretilmesinden sorumludur. Yeterince hızlandıktan sonra elektronlar, kutupları hızlanan elektronları kıpırdatacak şekilde dikkatlice düzenlenmiş binlerce mıknatıstan oluşan sıralardan geçer. Bu da X-ışını darbeleri üretir. Tıbbi X ışınları gibi, bu darbeler de daha sonra malzemelerin içini görüntülemek için kullanılabilir.
Ziyaret günümde, X ışınlarının moleküllere çarparak yolculuğunu tamamladığı birkaç deney salonundan birini geziyorum. Bir molekül ile X ışınının buluştuğu bazı odalara göz atıyorum. Fütüristik bir denizaltıdan fırlamış gibiler: yuvarlak cam pencereli kalın metal silindirler; bunların hepsi, deneyi engelleyebilecek herhangi bir başıboş hava molekülünün içeri girmesine izin vermeyecek şekilde dikkatlice cıvatalanmıştır.
Cryan ve meslektaşları ziyaretimden önceki gece, moleküllerin içindeki protonların hareketini araştıran bir deney yaptılar. X-ışınları dışındaki görüntüleme yöntemleri, protonların nasıl hareket ettiğini doğru bir şekilde belirlemekte zorlanıyor, ancak sürecin doğru ayrıntılarının güneş pili gelişimi için önemli olduğunu söylüyor.
LCLS-II, LCLS-II-HE’ye dönüşmek üzere “Yüksek Enerji” yükseltmesini tamamladığında bu tür araştırmalara ne olacak? Cryan, parçacıkların ve moleküllerin içindeki yüklerin davranışlarını inceleme yeteneğinin önemli ölçüde artacağını söylüyor. Ancak oraya ulaşmak hiç de kolay olmayacak.
SLAC’tan John Schmerge, elektron ışınının enerjisi ne kadar artarsa ekibin birkaç parçacığın yoldan sapması konusunda bile o kadar endişelenmesi gerektiğini söylüyor. Bir keresinde, kusurlu şekilde kontrol edilen bir ışının farklı bir tesisteki bir cihazda delik açtığını gördüğünü, dolayısıyla hataya pek yer olmadığını söylüyor. SLAC’tan Yuantao Ding, ekibin yükseltme sırasında kuracağı tüm yeni parçaların tesisin yeni, daha yüksek gücüne dayanacak şekilde tasarlandığını, ancak gücü adım adım artırmanın ve her şeyin amaçlandığı gibi çalıştığını doğrulamanın çok önemli olacağını söylüyor. “Işını açıp neler olacağını dikkatle izleyeceğiz” diyor.
Kendisi ve meslektaşları 2026’nın çoğunu tüm parçaları yerine oturtmak için büyük bir mühendislik çalışması yaparak geçirecekler ve bu da onları bir sonraki veya iki yıl boyunca bu artan süreç için hazırlayacak. Her şey planlandığı gibi giderse, dünya çapındaki araştırmacılar 2030 yılına kadar LCLS-II-HE’yi kullanabilecekler. Cryan gibi X ışınlarını kullanan araştırmacılar ile Schmerge ve Ding gibi onu kontrol edenler arasındaki konuşmalar da büyük rol oynayacak. Schmerge, “Sonuçta bu büyük bir araç ve insanlar onu nasıl iyi kullanacaklarını öğrenecekler” diyor. “Sürekli olarak ayarlayacağız.”
