Le LCLS-II produit un faisceau de rayons X 10 000 fois plus brillant

Le Linac Coherent Light Source (LCLS), le laser à rayons X à électrons libres (XFEL) du SLAC National Accelerator Laboratory du Département de l’énergie des États-Unis, a produit avec succès ses premiers rayons X. Les chercheurs du monde entier sont déjà prêts à lancer un programme scientifique ambitieux grâce à cette mise à niveau, appelée LCLS-II.

Une nouvelle ère pour la recherche avec les rayons X

L’amélioration du LCLS crée des capacités inégalées qui inaugureront une nouvelle ère dans la recherche avec les rayons X. Les scientifiques pourront examiner les détails des matériaux quantiques avec une résolution sans précédent pour stimuler de nouvelles formes d’informatique et de communication.

Ils pourront également révéler des événements chimiques imprévisibles et éphémères pour nous apprendre à créer des industries plus durables et des technologies d’énergie propre.

De plus, ils pourront étudier comment les molécules biologiques réalisent les fonctions de la vie pour développer de nouveaux types de médicaments, et étudier le monde sur les échelles de temps les plus rapides pour ouvrir de nouveaux domaines d’investigation scientifique.

Une réalisation marquante

« Cette réalisation marque l’aboutissement de plus d’une décennie de travail », a déclaré Greg Hays, directeur du projet LCLS-II. « Elle montre que tous les éléments du LCLS-II fonctionnent en harmonie pour produire de la lumière laser à rayons X dans un mode de fonctionnement entièrement nouveau. »

Les XFEL produisent des impulsions ultra-brillantes et ultra-courtes de lumière à rayons X qui permettent aux scientifiques de capturer le comportement des molécules, des atomes et des électrons avec un niveau de détail sans précédent.

Les XFEL ont été essentiels dans de nombreuses réalisations scientifiques, notamment la création du premier « film moléculaire » pour étudier des processus chimiques complexes et l’observation en temps réel de la manière dont les plantes et les algues absorbent la lumière du soleil pour produire tout l’oxygène que nous respirons.

Cette vidéo explique simplement ce qu’est un XFEL et le type de recherche que les scientifiques peuvent effectuer avec cette merveille d’ingénierie. (Olivier Bonin/SLAC National Accelerator Laboratory)

LCLS-II : un niveau supérieur pour la science des rayons X

L’amélioration LCLS-II porte la science des rayons X à un niveau supérieur : elle peut produire jusqu’à un million d’impulsions de rayons X par seconde, soit 8 000 fois plus que le LCLS, et produire un faisceau de rayons X presque continu qui, en moyenne, sera 10 000 fois plus brillant que son prédécesseur – un record mondial pour les sources de lumière à rayons X les plus puissantes d’aujourd’hui.

Le linac est équipé de deux cryoplantes à hélium de classe mondiale. L’un de ces cryoplans, construit spécifiquement pour le LCLS-II, refroidit l’hélium gazeux de la température ambiante jusqu’à sa phase liquide, à quelques degrés au-dessus du zéro absolu, fournissant ainsi le liquide de refroidissement pour l’accélérateur. (Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

Cet accomplissement est le résultat d’un effort de collaboration étendu, avec des contributions vitales de chercheurs du monde entier. Plusieurs institutions, dont cinq laboratoires nationaux américains et une université, ont contribué à la réalisation du projet, témoignant de son importance nationale et internationale.

En synthèse

Le LCLS-II amélioré ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche scientifique grâce à ses capacités révolutionnaires. Les chercheurs pourront étudier des phénomènes à l’échelle atomique avec une résolution sans précédent, ce qui permettra de réaliser des avancées majeures dans des domaines tels que la santé humaine, les matériaux quantiques et la science fondamentale. Cette réalisation est le fruit d’une collaboration internationale et d’un investissement considérable dans la technologie de pointe.

*Le système d’ondulation d’origine du LCLS a été retiré et remplacé par deux systèmes totalement nouveaux qui offrent des capacités inédites.* (Alberto Gamazo/SLAC National Accelerator Laboratory)

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que le LCLS-II et en quoi est-il différent du LCLS original ?

Le LCLS-II est une mise à niveau du Linac Coherent Light Source (LCLS), un laser à rayons X à électrons libres (XFEL) situé au SLAC National Accelerator Laboratory. Cette amélioration permet de produire jusqu’à un million d’impulsions de rayons X par seconde, soit 8 000 fois plus que le LCLS, et de générer un faisceau de rayons X presque continu, en moyenne 10 000 fois plus brillant que son prédécesseur.

2. Quels sont les domaines de recherche qui bénéficieront du LCLS-II ?

Le LCLS-II permettra aux scientifiques d’étudier les matériaux quantiques, les événements chimiques éphémères, les molécules biologiques et les phénomènes à l’échelle atomique avec une résolution sans précédent. Les domaines d’application incluent l’informatique quantique, les communications, les industries durables, les technologies d’énergie propre et la recherche pharmaceutique.

3. Quelles institutions ont contribué à la réalisation du LCLS-II ?

Plusieurs institutions, dont cinq laboratoires nationaux américains et une université, ont contribué au projet LCLS-II. Parmi ces institutions figurent le Fermilab, le Thomas Jefferson National Accelerator Facility, le Lawrence Berkeley National Laboratory, l’Argonne National Laboratory et l’Université Cornell.

4. Quelle est l’importance des XFEL pour la science ?

Les XFEL produisent des impulsions ultra-brillantes et ultra-courtes de lumière à rayons X, permettant aux scientifiques de capturer le comportement des molécules, des atomes et des électrons avec un niveau de détail sans précédent. Les XFEL ont été essentiels dans de nombreuses réalisations scientifiques, comme la création du premier « film moléculaire » pour étudier des processus chimiques complexes et l’observation en temps réel de la manière dont les plantes et les algues absorbent la lumière du soleil pour produire de l’oxygène.

5. Quelles sont les avancées technologiques clés du LCLS-II ?

Le LCLS-II utilise un accélérateur supraconducteur révolutionnaire composé de 37 modules cryogéniques refroidis à -456 degrés Fahrenheit. Il nécessite également de nombreux autres composants de pointe, tels qu’une nouvelle source d’électrons, deux puissantes cryoplantes, deux nouveaux onduleurs pour générer des rayons X à partir du faisceau d’électrons, ainsi que des avancées majeures dans la technologie laser, le traitement ultra-rapide des données et les capteurs et détecteurs avancés.

Légende illustration principale : La nouvelle source de lumière cohérente Linac (LCLS), un laser à électrons libres à rayons X (XFEL) situé au SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l’énergie, a produit avec succès ses premiers rayons X. La mise à niveau, appelée LCLS-II, offre des capacités inégalées qui ouvriront une nouvelle ère pour la recherche sur les rayons X. Cette mise à niveau, appelée LCLS-II, offre des capacités inégalées qui ouvriront une nouvelle ère dans la recherche sur les rayons X. Crédit : Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

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