• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy o planach budowy polskiego synchrotronu

    02.10.2009. 20:59
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    O kluczowych problemach związanych z budową w Polsce źródeł synchrotronowych najnowszej generacji, w tym lasera na swobodnych elektronach dyskutowali naukowcy podczas VIII Krajowego Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego (KSUPS), które odbyło się w dniach 24-26 września w Podlesicach koło Zawiercia - poinformował dr Marek Pawłowski, rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych (IPJ) w Świerku.

    Celem spotkania była prezentacja wyników prac naukowych uzyskanych z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego oraz popularyzacja idei pomiarów synchrotronowych, szczególnie wśród młodych badaczy.

    Jak wyjaśnił dr Pawłowski, promieniowanie synchrotronowe pojawia się, gdy elektrony poruszają się w polu magnetycznym z prędkością zbliżoną do prędkości światła i doznają przyspieszeń zmieniających kierunek ich ruchu. W źródłach promieniowania najnowszej generacji, którymi są lasery na swobodnych elektronach (Free Electron Laser, FEL), szczytowe natężenie światła w impulsie może być miliard razy większe niż w urządzeniach poprzedniej generacji.

    Z tego powodu - tłumaczy rzecznik IPJ - potencjał naukowy i przemysłowy nowych źródeł promieniowania synchrotronowego jest ogromny. W wielu krajach Europy trwają więc intensywne prace nad ich budową. W Niemczech powstaje gigantyczny synchrotron PETRA III i europejski laser rentgenowski XFEL, w Szwecji rozpoczęły się prace nad urządzeniem o nazwie MAX IV.

    Także Polacy przygotowują swoje własne źródła promieniowania synchrotronowego. Pracują nad tym równolegle naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie oraz z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku, którzy przygotowali już kompletny plan budowy lasera na swobodnych elektronach - POLFEL - informuje dr Pawłowski.

    Należący do IPJ laser będzie przeznaczony do badań naukowych i zastosowań komercyjnych. Wytwarzane przez niego promieniowanie będzie skoncentrowane w bardzo krótkich impulsach, trwających femtosekundy (10-15 s), co umożliwi np. filmowanie przebiegu reakcji chemicznych i procesów biologicznych zachodzących we wnętrzu żywych komórek, lokalizowanie atomów w cząsteczkach białek lub modyfikowanie powierzchni materiałów w celu nadawania im niezwykłych własności. "Wybudowanie lasera POLFEL stymulowałoby więc powstawanie i rozwój nowych gałęzi nauki i przemysłu w Polsce" - podkreślają jego twórcy.

    Także krakowski synchrotron ma w istotny sposób przyczynić się do postępu w nauce polskiej. Urządzenie powstaje w oparciu o umowę, którą pod koniec 2008 roku podpisali przedstawiciele UJ oraz Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, i która zakłada stworzenie w Krakowie Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego.

    "Niestety, budżet projektu zredukowano kilkukrotnie, do zaledwie 40 mln euro. Powstanie więc urządzenie mniejsze, o niższej energii elektronów, co w istotny sposób ograniczy jego możliwości badawcze - ubolewa dr Tomasz Rożek, fizyk i znany popularyzator nauki, który w 2008 roku zdobył tytuł "Popularyzatora Roku", przyznawany przez serwis PAP - Nauka w Polsce oraz MziSW.

    "W stosunku do planowanej, zmniejszy się również liczba stanowisk eksperymentalnych. Ale najważniejsze jest, żeby to urządzenie w ogóle powstało" - dodaje. Obecne plany zakładają, że do użytku zostanie ono oddane w 2014 roku.

    To bardzo dobra wiadomość, gdyż, jak zaznacza Rożek, już prawie 300 polskich naukowców regularnie korzysta z synchrotronów w innych krajach. Po wybudowaniu krakowskiego ośrodka liczba badaczy zainteresowanych pracą w nim może wzrosnąć nawet pięciokrotnie. Poza tym twórcy ośrodka liczą na "przyciągniecie" naukowców także z innych niż fizyka dziedzin.

    "Dzisiaj trudno znaleźć dziedzinę, która mogłaby się obyć bez badań synchrotronowych - uważa Rożek. - Rolnictwo, żywienie czy ochrona środowiska, ale także górnictwo i energetyka, nowoczesne technologie i medycyna. Bez synchrotronów kłopoty miałyby firmy farmaceutyczne i laboratoria kryminalistyczne. Synchrotron potrafi znaleźć i zidentyfikować niezwykle małe ilości substancji. To niezbędne urządzenie XXI wieku za kilka lat będzie działało także w Polsce".

    Naukowcy są zgodni, że synchrotrony to jedne z najbardziej wszechstronnych urządzeń w nauce. "Promienie synchrotronowe jest setki tysięcy razy bardziej intensywne niż promieniowanie słoneczne. Poza tym pokrywa zakres od mikrofal przez podczerwień, promieniowanie widzialne, ultrafiolet, do promieniowania rentgenowskiego włącznie. To daje naukowcom nieograniczone możliwości. Do konkretnych eksperymentów mogą dobrać tę długość fali, która im najbardziej odpowiada" - wyjaśnia dr Rożek.

    Naukowiec i dziennikarz podaje też kilka przykładów niezwykłego zastosowania tej techniki. Jej zastosowanie przyczyniło się m.in. do wyprodukowania polimerowych kulek, które nie pozwalają cieczom "uciekać" na zewnątrz, co może stać się swego rodzaju przełomem w produkcji pieluch oraz do opracowania innowacyjnej techniki produkcji czekolady, która pozwala oszczędzić olbrzymie ilości energii.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Polskie Towarzystwo Promieniowania Synchrotronowego (PTPS) – towarzystwo, którego celem jest działalność naukowa i oświatowa, w szczególności wspieranie rozwoju badań naukowych z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego a także popularyzacja badań wykorzystujących tego rodzaju promieniowanie. Towarzystwo działa na terenie całego kraju. W latach 1992–2013 Towarzystwo zorganizowało jedenaście międzynarodowych szkół i sympozjów International School and Symposium on Synchrotron Radiation in Natural Science (ISSRNS) oraz dziesięć konferencji krajowych pod nazwą Krajowe Sympozjum Użytkowników Promieniowania Synchrotronowego (KSUPS). Solaris - pierwszy polski synchrotron budowany w Krakowie przez Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego Solaris, jednostkę międzywydziałową Uniwersytetu Jagiellońskiego. Synchrotron powstaje na działce Kampusu 600-lecia Odnowienia Uniwersytetu Jagiellońskiego. European XFEL: European XFEL (ang. European X-ray Free Electron Laser), czyli Europejski Rentgenowski Laser na Swobodnych Elektronach, jest budowany w synchrotronowym centrum badawczym DESY w Hamburgu. Jest to najbardziej zaawansowane przestrajalne laserowe źródło silnego promieniowania w zakresie rentgenowskim. Infrastruktura lasera rozpościera się od ośrodka w DESY aż do oddalonej o 3,5 km miejscowości Schenefeld, gdzie ulokowane będą laboratoria badawcze. Ten międzynarodowy projekt łączy naukowców i inżynierów z wielu krajów Europy i świata, w tym z Polski.

    Spektrometria promieniowania gamma polega na ilościowym badaniu widma energetycznego promieniowania gamma źródeł, bez względu na pochodzenie - tak ziemskich jak i kosmicznych. Promieniowanie gamma jest najbardziej energetycznym zakresem promieniowania elektromagnetycznego, będąc fizycznie tym samym promieniowaniem co np. promieniowanie rentgenowskie, światło widzialne, podczerwień, nadfiolet czy fale radiowe, różniącym się od tych form wyższą energią fotonów i odpowiadającą jej wyższą częstotliwością oraz mniejszą długością fali. (Z powodu wysokiej energii fotonów gamma są one na ogół liczone indywidualnie, natomiast fotony najniższych energii promieniowania elektromagnetycznego, jak np. fale radiowe są obserwowane jako fale elektromagnetyczne składające się z wielu fotonów o niskiej energii.) Podczas gdy licznik Geigera lub podobne urządzenie określa jedynie częstość zliczeń (tj. liczbę zarejestrowanych - oddziałujących z substancją czynną detektora - kwantów gamma na sekundę), spektrometr promieniowania gamma pozwala również wyznaczyć energie rejestrowanych przez detektor a emitowanych przez źródło fotonów gamma. Promieniowanie synchrotronowe – promieniowanie elektromagnetyczne o charakterze nietermicznym, podobne do promieniowania cyklotronowego, lecz generowane przez naładowane cząstki (głównie elektrony) poruszające się z prędkością bliską prędkości światła w polu magnetycznym, w wyniku czego są przyspieszane po krzywoliniowych torach. Można je uzyskać sztucznie w pierścieniach akumulacyjnych synchrotronów lub naturalnie w wyniku szybkiego ruchu elektronów przez pola magnetyczne w przestrzeni kosmicznej. Promieniowanie synchrotronowe zawiera typowo pasma podczerwone, widzialne, ultrafioletu oraz X.

    Promieniowanie gamma – wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Za promieniowanie gamma uznaje się promieniowanie o energii kwantu większej od 50 keV. Zakres ten częściowo pokrywa się z zakresem promieniowania rentgenowskiego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X (rentgenowskiego) opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie – w wyniku zderzeń elektronów z elektronami powłok wewnętrznych lub ich rozpraszaniu w polu jąder atomu. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Promieniowania gamma oznacza się grecką literą γ, analogicznie do korpuskularnego promieniowania alfa (α) i beta (β). Urządzenia wstawkowe (z ang. insertion device). Jednakże w języku polskim nie jest używana ww. nazwa a jedynie odpowiednik angielski bądź zastępczo: źródła promieniowania synchrotronowego II bądź III generacji, albo bezpośrednio nazwy polskie poszczególnych urządzeń wstawianych celowo w miejsce prostych odcinków pierścienia akumulacyjnego: wiggler (z ang. wiggler), ondulator (z ang. undulator).

    Laser – urządzenie emitujące promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni, wykorzystujące zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa jest akronimem od (ang.) Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Promieniowanie lasera jest spójne, zazwyczaj spolaryzowane i ma postać wiązki o bardzo małej rozbieżności. W laserze łatwo jest otrzymać promieniowanie o bardzo małej szerokości linii emisyjnej, co jest równoważne bardzo dużej mocy w wybranym, wąskim obszarze widma. W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie i bardzo krótki czas trwania impulsu (zob. laser femtosekundowy). Popiołomierz – urządzenie służące do pomiaru jakości węgla kamiennego (lub innego paliwa stałego np węgla brunatnego lub lignitu), poprzez pomiar zawartości substancji niepalnych, a więc nie podlegających procesowi spalania. Początkowo były to tylko urządzenia radiometryczne wymagające do pracy źródła promieniowania jonizującego gamma. Działanie takich urządzeń zostało oparte na pomiarze pochłaniania dwóch wiązek promieniowania o różnych energiach. Niskoenergetyczna wiązka promieniowania, zostaje osłabiona przez popiół, którego liczba atomowa jest wielokrotnie większa od liczby atomowej substancji palnej oraz od warstwy węgla na taśmociągu. Natomiast osłabienie wiązki wysokoenergetycznej zależeć będzie niemal wyłącznie od masy powierzchniowej węgla. Dzięki temu można z dużą dokądnością, w sposób ciągły (np na taśmociągu) mierzyć zawartość popiołu w węglu.

    Komora jonizacyjna – urządzenie do pomiaru i rejestracji promieniowania wywołującego jonizację gazu (promieniowanie jądrowe, promieniowanie rentgenowskie, cząstki elementarne). Komorami jonizacyjnymi nazywa się te detektory jonizacyjne promieniowania, w których ładunek zbierany na elektrodach powstaje jedynie w wyniku jonizacji przez rejestrowane cząstki (jonizację pierwotną).

    SASER - urządzenie emitujące intensywny strumień fal dźwiękowych o cechach podobnych do światła emitowanego przez lasera i działające na podobnej zasadzie. Nazwa SASER jest akronimem od Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation — Wzmocnienie dźwięku przez wymuszoną emisję promieniowania. Pierwsze eksperymentalne urządzenie pracujące w zakresie GHz powstało w 2009 roku w wyniku współpracy naukowcow z University of Nottingham i ukraińskiego Instytutu Fizyki Półprzewodników Wadima Laszkariewa.

    Dodano: 02.10.2009. 20:59  


    Najnowsze