AlegsaOnline.com

Advanced Light Source (ALS) - synchrotronowe źródło światła w Berkeley

Advanced Light Source (ALS) w Berkeley — światowej klasy synchrotronowe źródło światła: ultrafiolet i miękkie promieniowanie rentgenowskie dla przełomowych badań naukowych i technologicznych.

Autor: Leandro Alegsa

17-02-2026

Advanced Light Source (ALS) w Lawrence Berkeley National Laboratory w Berkeley w Kalifornii jest synchrotronowym źródłem światła. Budowane było od 1987 do 1993 roku. Obecnie pracuje w nim ok. 210 naukowców i pracowników, którzy obsługują urządzenie, rozwijają metody badawcze i wspierają użytkowników.

ALS jest krajowym ośrodkiem badawczym finansowanym przez Biuro Nauk o Podstawowych Energiach Departamentu Energii USA. Produkuje intensywne, dobrze kontrolowane promieniowanie elektromagnetyczne wykorzystywane do badań naukowych i aplikacyjnych. Jest to jedno z najjaśniejszych na świecie źródeł promieniowania ultrafioletowego i miękkiego promieniowania rentgenowskiego, zaprojektowane specjalnie dla eksperymentów wymagających wysokiej jasności i dobrego kontrastu w tych zakresach długości fal.

Technicznie ALS jest synchrotronem trzeciej generacji: elektrony przyspieszane są w linac i boosterze, a następnie magazynowane w pierścieniu magazynującym o energii rzędu 1.9 GeV i obwodzie rzędu kilkuset metrów. Źródło generuje promieniowanie zarówno za pomocą magnetów odchylających (bending magnets), jak i za pomocą specjalnych urządzeń wstawianych w tor wiązki, takich jak undulatory i wiggler, które pozwalają uzyskać silnie spolaryzowane i bardzo jasne wiązki.

ALS posiada ponad czterdzieści linii wiązek, z których wiele jest zoptymalizowanych pod kątem badań w zakresie ultrafioletu i miękkiego rentgena. Równoczesna praca wielu linii umożliwia prowadzenie szerokiego spektrum badań w tym samym czasie. Typowe obszary badawcze obejmują m.in.:

fizykę ciał stałych i materiały (nanostruktury, nadprzewodnictwo, magnetyzm),
chemię powierzchniową i katalizę,
biochemię i strukturę makromolekuł,
badania środowiskowe i nauki o Ziemi,
badania nad materiałami energetycznymi i ogniwami paliwowymi,
mikroskopia i techniki obrazowania o wysokiej rozdzielczości.

Dostęp do ALS realizowany jest w trybie programu użytkowników: każdy wykwalifikowany naukowiec może złożyć propozycję eksperymentalną (proposal). Propozycje są poddawane ocenie naukowej przez zewnętrznych recenzentów i komitety programowe; projekty ocenione pozytywnie otrzymują przydział czasu pomiarowego. Zazwyczaj ALS nie pobiera opłat za korzystanie z linii wiązek, jeśli wyniki badań są publikowane i udostępniane społeczności naukowej. Dla badań o charakterze komercyjnym lub gdy użytkownik wymaga zachowania wyników jako zastrzeżonych, dostęp jest możliwy w ramach komercyjnej, płatnej usługi.

Oprócz pracy naukowej centrum prowadzi programy szkoleniowe i edukacyjne, współpracuje z przemysłem oraz udostępnia infrastrukturę badawczą dla projektów międzynarodowych. Każdego roku z ALS korzysta ponad 2000 naukowców z uniwersytetów, przedsiębiorstw i laboratoriów rządowych z całego świata.

W ostatnich latach realizowany jest projekt modernizacji znany jako ALS-U, którego celem jest znaczące zwiększenie jasności i koherencji wiązki (szczególnie w zakresie miękkiego rentgena) poprzez modernizację pierścienia i zastosowanie nowych technologii w zamiennikach magnetycznych. Modernizacja ta ma umożliwić wykonywanie eksperymentów wymagających jeszcze większej rozdzielczości czasowej i przestrzennej.

Obecnym dyrektorem The Advanced Light Source jest Roger Falcone. Zespół ALS kontynuuje rozwój technik eksperymentalnych, utrzymanie linii wiązek oraz współpracę z szeroką społecznością naukową w celu rozwiązywania kluczowych problemów nauki i technologii.

Historia

Fizycy w Berkeley w Kalifornii rozpoczęli prace nad przyspieszaniem cząstek subatomowych w latach 20. ubiegłego wieku. W 1929 r. Ernest O. Lawrence zbudował pierwszy cyklotron do przyspieszania cząstek subatomowych. Podczas II wojny światowej tamtejsze laboratorium było częścią Projektu Manhattan. Dostało pieniądze od wojska. W 1942 roku Lawrence zatrudnił Arthura Browna, Jr. (projektanta Coit Tower w San Francisco) do zaprojektowania nowego, okrągłego budynku, który miał pomieścić nowy cyklotron Lawrence'a o wysokości 4,67 m (184 cale). Ten budynek, wraz z rozbudową, jest tym, w którym ALS znajduje się dzisiaj. Laboratorium było częścią Komisji Energii Atomowej Stanów Zjednoczonych do 1977 roku, kiedy to zostało przeniesione do Departamentu Energii USA.

Fizycy wciąż ulepszali akceleratory cząstek, zwiększając ich energię. Konstruktorzy chcieli uzyskać wyższą energię, aby móc badać mniejsze bloki budulcowe materii. Od samego początku fizycy zdawali sobie sprawę, że naładowane cząstki wirując wokół siebie, wydzielają promieniowanie elektromagnetyczne. Na początku lat 50. inni naukowcy zaczęli wykorzystywać to promieniowanie do eksperymentów niezwiązanych z "rozbijaniem atomów", które było głównym celem tych urządzeń. Akceleratory cząstek przestawiono z cyklotronów na synchrotrony, w których cząstki poruszały się po okręgu, a nie po spiralnej ścieżce. Koszty budowy synchrotronów rosły w miarę ich powiększania się, do tego stopnia, że wiele krajów połączyło się w celu zbudowania jednego bardzo dużego synchrotronu w Europie (CERN), aby prowadzić eksperymenty rozbijania atomów. Inne laboratoria synchrotronowe, takie jak Lawrence Berkeley Lab nie miały wystarczająco dużo energii, aby odkrywać nowe cząstki. Zaczęły więc używać swoich maszyn jako źródła promieniowania elektromagnetycznego. Zamiast dostrajać maszynę tak, by cząstki poruszały się szybciej, nauczyli się, jak poruszać wiązką cząstek, by emitowała określone częstotliwości światła. W latach 80. i 90. naukowcy chcieli przeprojektować synchrotrony tak, aby generowały jaśniejsze światło (bardziej intensywne promieniowanie elektromagnetyczne) niż kiedykolwiek wcześniej. Te konstrukcje nazwano "synchrotronami trzeciej generacji". ALS był pierwszym uruchomionym synchrontronem trzeciej generacji.

Kiedy na początku lat 80-tych były dyrektor Lawrence Berkeley Lab David Shirley po raz pierwszy zaproponował budowę Advanced Light Source, sceptycy nazwali go "Świątynią Shirleya" i wątpili w możliwość wykorzystania synchrotronu dostrojonego do wytwarzania miękkiego promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego. Według byłego dyrektora ALS Daniela Chemli, "Naukowe argumenty przemawiające za stworzeniem urządzenia do wytwarzania miękkiego promieniowania rentgenowskiego trzeciej generacji, takiego jak ALS, zawsze były zasadniczo solidne. Jednak przekonanie do tego szerszej społeczności naukowej było nie lada wyzwaniem".

W budżecie administracji Reagana na rok 1987 prezydent Ronald Reagan przeznaczył 1,5 miliona dolarów na budowę Advanced Light Source.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest Zaawansowane Źródło Światła?

O: Advanced Light Source (ALS) to synchrotronowe źródło światła znajdujące się w Lawrence Berkeley National Laboratory w Berkeley w Kalifornii, które wytwarza intensywne światło do badań naukowych i technologicznych.

P: Kiedy zbudowano ALS?

O: ALS był budowany od 1987 do 1993 roku.

P: Ilu naukowców i pracowników pracuje obecnie w ALS?

A: Obecnie w ALS pracuje 210 naukowców i pracowników.

P: Czy ALS jest krajowym ośrodkiem badawczym?

O: Tak, ALS jest narodowym ośrodkiem badawczym.

P: Jakiego rodzaju badania ułatwia ALS?

O: ALS ułatwia prowadzenie badań naukowych i technologicznych z wykorzystaniem wiązek promieniowania ultrafioletowego i miękkiego promieniowania rentgenowskiego.

P: Kto finansuje ALS?

O: ALS jest finansowany przez Biuro Nauk o Energii Podstawowej Departamentu Energii USA.

P: W jaki sposób naukowiec może uzyskać dostęp do linii ALS?

O: Każdy wykwalifikowany naukowiec może złożyć wniosek o korzystanie z linii wiązek ALS, a propozycje są przeglądane przez innych. Propozycje, które uzyskają największą aprobatę, są dopuszczane do korzystania z ALS, przy czym nie pobiera się opłat za korzystanie, jeżeli badania są upubliczniane.