Pierścień, który wytwarza światło

Jak synchrotron wytwarza światło

Elektrony najpierw powstają i są przyspieszane w akceleratorze liniowym, potem w drugim akceleratorze, synchrotronie wzmacniającym (boosterze), osiągają prędkość końcową, a na koniec trafiają do pierścienia akumulacyjnego. Krążą w nim niemal z prędkością światła po torze o obwodzie 288 metrów.

Magnesy zakrzywiają tor elektronów, a elektron na zakręcie wysyła światło, które wylatuje z pierścienia stycznie. Specjalne układy magnesów, undulatory i wigglery, prowadzą elektrony slalomem, co skupia światło w wąską wiązkę o wybranych długościach fali. Linie pomiarowe (beamlines) prowadzą je z pierścienia do stanowisk eksperymentalnych, gdzie każdy zespół może dobrać potrzebną długość fali.

Od podczerwieni po promienie rentgenowskie

Światło z SLS obejmuje zakres od podczerwieni po miękkie i twarde promieniowanie rentgenowskie. Dłuższe fale służą do badania powierzchni, promienie rentgenowskie zaglądają w głąb materiału.

PSI wymienia szeroki wachlarz zastosowań: ustalanie struktury kryształów białek na potrzeby leków, badanie powierzchni magnetycznych do zapisu danych, katalizatorów i powierzchni o małym tarciu, ogniw słonecznych i nadprzewodników wysokotemperaturowych, a także trójwymiarowe obrazowanie materiałów biologicznych.

Dwadzieścia dwa lata pierwszego pierścienia

Budowa SLS ruszyła w 1998 roku; pierwsze światło synchrotronowe powstało w 2000 roku, a uroczyste otwarcie odbyło się 19 października 2001 roku. Pierwotna maszyna gromadziła elektrony o energii 2,4 GeV. Żeby wiązka była stała, co kilka minut wstrzykuje się do pierścienia nowe elektrony w miejsce utraconych.

SLS 2.0: nowy pierścień w starym budynku

30 września 2023 roku, po 22 latach pracy, SLS wyłączono na czas modernizacji SLS 2.0. Pierścień akumulacyjny zastąpiono nowym o tym samym obwodzie 288 metrów, zbudowanym wewnątrz istniejącego budynku, z około tysiącem precyzyjnych układów magnesów ułożonych w konfiguracji, którą PSI nazywa achromatem siedmiozagięciowym (seven-bend achromat). Elektrony wróciły do pierścienia 23 stycznia 2025 roku, a nowe SLS zainaugurowano 21 sierpnia 2025 roku.

Według PSI nowy pierścień daje na niektórych liniach pomiarowych światło nawet 1000 razy jaśniejsze, zmniejsza rozmycie wiązki elektronów (emitancję) nawet około 40 razy i zużywa o mniej więcej jedną trzecią mniej prądu.

Linie pomiarowe wracają do pracy w dwóch etapach. Strona SLS 2.0 podawała, że regularna praca dla użytkowników pierwszego etapu linii była spodziewana w połowie 2026 roku, po krótkiej drugiej przerwie na początku 2026 roku, a większość linii miała przyjmować użytkowników do jesieni 2026 roku. Aktualny stan konkretnej linii podają strony PSI (stan na 3 listopada 2026).