Advanced Light Source (ALS) — synchrotronlichtbron in Lawrence Berkeley
Advanced Light Source (ALS) in Lawrence Berkeley — toonaangevende synchrotronlichtbron voor ultraviolette en zachte röntgenbundels; nationale gebruikersfaciliteit voor baanbrekend onderzoek.
De Advanced Light Source (ALS) van het Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Californië, is een synchrotronlichtbron. Hij werd gebouwd van 1987 tot 1993. Momenteel werken er 210 wetenschappers en personeelsleden.
De ALS is een nationale gebruikersfaciliteit. De ALS maakt intens licht voor wetenschappelijk en technologisch onderzoek. Het is een van 's werelds helderste bronnen van ultraviolette en zachte röntgenbundels. Elk jaar gaan meer dan 2000 onderzoekers van universiteiten, industrieën en overheidslaboratoria van over de hele wereld naar de ALS. De ALS wordt gefinancierd door het U.S. Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences.
De ALS heeft meer dan veertig bundellijnen. Zij doen tegelijkertijd een breed scala aan wetenschap. Elke gekwalificeerde wetenschapper kan vragen om de ALS-bundellijnen te gebruiken. Voorstellen worden door anderen beoordeeld. De voorstellen waar de meeste mensen het mee eens zijn, mogen de ALS gebruiken. De ALS vraagt geen geld voor het gebruik als het onderzoek van de gebruiker openbaar wordt gemaakt.
De huidige directeur van de Advanced Light Source is Roger Falcone.
Wat is een synchrotronlichtbron en wat maakt de ALS bijzonder?
Een synchrotronlichtbron zoals de ALS versnelt elektronen tot bijna lichtsnelheid en stuurt ze in een cirkelvormige opslagtank (storage ring). Wanneer de elektronen door magneten worden afgebogen, zenden ze zeer intense en goed richtbare stralingsbundels uit over een breed golflengtegebied. De ALS is gespecialiseerd in extreme ultraviolette (EUV) en zachte röntgenstraling, die ideaal is voor het bestuderen van materiaal‑ en oppervlakteeigenschappen op nanometerschaal en voor spectroscopie van atomaire tot moleculaire systemen.
Belangrijke technische kenmerken
- Generatie: derde-generatie synchrotron, ontworpen voor hoge helderheid en ruime toegankelijkheid van bundellijnen.
- Elektronenergie: typisch rond 1,9 GeV (giga-elektronvolt), wat geschikt is voor zachte röntgen- en UV-toepassingen.
- Opslagring en stroom: compacte opslagtank met een cruciale balans tussen stabiliteit en lichtproductie; de ring is zo ontworpen dat meerdere bundellijnen tegelijk worden gevoed.
- Bundellijnen: meer dan veertig gespecialiseerde beamlines voor technieken zoals röntgenabsortiespectroscopie (XAS), foto-elektronenspectroscopie (PES/ARPES), coherente röntgenmicroscopie, röntgenfluorescentie‑mapping, scattering en tomografie.
Wetenschappelijke toepassingen
Onderzoekers gebruiken de ALS voor een breed scala aan disciplines en toepassingen, onder andere:
- Materiaalkunde en nanowetenschap: karakterisering van elektronische structuren, magnetische materialen, en halfgeleiders.
- Chemie en katalyse: in‑situ studies van reactiemechanismen en katalysatoroppervlakken.
- Levenswetenschappen: mapping van biologische monsters met röntgenmicroscopie en structurele studies van biomoleculen.
- Energieonderzoek: ontwikkeling van batterijen, brandstofcellen en zonnecellen door inzicht in materialen op atomair niveau.
- Milieu- en aardwetenschappen: analyse van verontreinigingen, deeltjes en atmosferische processen.
Gebruikersprogramma en toegang
De ALS werkt als nationale gebruikersfaciliteit: wetenschappers dienen voorstellen in die peer-reviewed worden beoordeeld op wetenschappelijke merites. Toegang wordt vaak gratis verleend voor niet‑bedrijfsonderzoek dat openbaar wordt gemaakt. Voor commercieel of propriëtair onderzoek zijn er meestal kosten verbonden. Bezoekers kunnen rekenen op uitgebreide ondersteuning door technisch personeel en wetenschappers van de ALS, en op faciliteiten voor monsterbehandeling, lage-temperatuuromstandigheden en in‑situ/operando experimenten.
Toekomst en upgrades (ALS‑U)
Om de prestaties verder te verbeteren, is er een grootschalig upgradeproject genaamd ALS‑U gepland/onder uitvoering. ALS‑U richt zich op het transformeren van de opslagring naar een nog helderdere en meer coherente (diffractiebeperkte) lichtbron. Dit zal de resolutie en sensitievere mogelijkheden van vele beamlines sterk verbeteren en nieuwe experimenten mogelijk maken die tegenwoordig niet haalbaar zijn.
Organisatie, samenwerking en impact
De ALS maakt deel uit van het Lawrence Berkeley National Laboratory en werkt samen met universiteiten, nationale laboratoria en de industrie wereldwijd. De faciliteit draagt al decennia bij aan doorbraken in fundamenteel onderzoek en toegepaste technologieën — van nieuwe materialen voor elektronica tot verbeterde katalysatoren en energieopslagoplossingen. Naast onderzoek biedt de ALS ook onderwijs- en outreachprogramma's om studenten en jonge onderzoekers op te leiden in synchrotrontechnieken.
Voor bezoekers en nieuwe gebruikers zijn er handleidingen, veiligheidsprocedures en ondersteuningscontacten beschikbaar via het Lawrence Berkeley National Laboratory; onderzoeksteams kunnen advies krijgen bij het indienen van voorstellen en bij de planning van experimenten.
Geschiedenis
Natuurkundigen in Berkeley, Californië, begonnen in de jaren twintig te werken aan het versnellen van subatomaire deeltjes. In 1929 bouwde Ernest O. Lawrence de eerste cyclotron om subatomaire deeltjes te versnellen. Tijdens de Tweede Wereldoorlog maakte een laboratorium daar deel uit van het Manhattan Project. Ze kregen geld van het leger. In 1942 huurde Lawrence Arthur Brown, Jr. (ontwerper van de Coit Tower in San Francisco) om een nieuw rond gebouw te ontwerpen om Lawrence's nieuwe 4,67 m (184 in) cyclotron in onder te brengen. Dat gebouw, met uitbreidingen, is het gebouw waar de ALS zich nu in bevindt. Het laboratorium maakte deel uit van de United States Atomic Energy Commission tot 1977, toen het werd ondergebracht bij het U.S. Department of Energy.
Natuurkundigen bleven deeltjesversnellers verbeteren door hun energie te verhogen. De ontwerpers wilden een hogere energie om kleinere bouwstenen van materie te bestuderen. Vanaf het begin beseften natuurkundigen dat geladen deeltjes bij het ronddraaien elektromagnetische straling afgaven. In het begin van de jaren vijftig begonnen andere wetenschappers deze straling te gebruiken voor experimenten die niets te maken hadden met de "atoom-splijtende" botsingen die het hoofddoel van de machines waren. De deeltjesversnellers verschoven van cyclotrons naar synchrotrons, waar de deeltjes in een cirkel in plaats van in een spiraalvormig pad rondgingen. De bouwkosten stegen naarmate de synchrotrons groter werden, tot het punt dat vele landen zich verenigden om slechts één zeer groot synchrotron in Europa (CERN) te bouwen voor het uitvoeren van atoomverpletterende experimenten. Andere synchrotronlaboratoria, zoals het Lawrence Berkeley Lab, hadden niet genoeg energie om nieuwe deeltjes te ontdekken. Daarom schakelden zij over op het gebruik van hun machines als een bron van elektromagnetische straling. In plaats van de machine zo af te stellen dat de deeltjes sneller bewegen, leerden zij de deeltjesbundel zo te bewegen dat bepaalde lichtfrequenties vrijkomen. In de jaren 1980 en 1990 wilden wetenschappers synchrotrons opnieuw ontwerpen om helderder licht (intensere elektromagnetische straling) te genereren dan ooit tevoren. Deze ontwerpen werden "derde generatie synchrotrons" genoemd. De ALS was de eerste derde generatie synchrotron die in gebruik werd genomen.
Toen de Advanced Light Source in het begin van de jaren tachtig voor het eerst werd voorgesteld door voormalig Lawrence Berkeley Lab-directeur David Shirley, noemden sceptici het "Shirley's Temple" en twijfelden zij aan het gebruik van een synchrotron dat was afgestemd om zachte röntgenstralen en ultraviolet licht te maken. Volgens voormalig ALS-directeur Daniel Chemla "waren de wetenschappelijke argumenten voor een derde-generatie faciliteit voor zachte röntgenstraling, zoals de ALS, altijd al steekhoudend geweest. Het was echter een zware strijd om de grotere wetenschappelijke gemeenschap erin te doen geloven.
In de begroting van de Reagan-regering voor 1987 heeft president Ronald Reagan 1,5 miljoen dollar uitgetrokken voor de bouw van de Advanced Light Source.
Vragen en antwoorden
V: Wat is de Advanced Light Source?
A: De Advanced Light Source (ALS) is een synchrotron lichtbron in het Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Californië, die intens licht produceert voor wetenschappelijk en technologisch onderzoek.
V: Wanneer is de ALS gebouwd?
A: De ALS is gebouwd van 1987 tot 1993.
V: Hoeveel wetenschappers en medewerkers werken er momenteel bij de ALS?
A: Momenteel werken er 210 wetenschappers en medewerkers bij de ALS.
V: Is de ALS een nationale gebruikersfaciliteit?
A: Ja, de ALS is een nationale gebruikersfaciliteit.
V: Wat voor soort onderzoek faciliteert de ALS?
A: De ALS faciliteert wetenschappelijk en technologisch onderzoek met ultraviolette en zachte röntgenstralen.
V: Wie financiert de ALS?
A: De ALS wordt gefinancierd door het U.S. Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences.
V: Hoe krijgt een wetenschapper toegang tot de ALS-bundellijnen?
A: Elke gekwalificeerde wetenschapper kan een aanvraag indienen voor het gebruik van de ALS-bundellijnen en de voorstellen worden door anderen beoordeeld. De voorstellen waarover de meeste overeenstemming bestaat, mogen de ALS gebruiken, en er zijn geen kosten aan verbonden als het onderzoek openbaar wordt gemaakt.
Zoek in de encyclopedie