AR-Technologie Teil 2: Besuch der Hefei Advanced Light Source

Die Hefei Advanced Light Source (HALF) ist eine Synchrotronstrahlungsquelle der vierten Generation, die auf einem beugungsbegrenzten Speicherring basiert. Seine Emissions- und Helligkeitsindikatoren sollen die besten der Welt sein. Nach der Fertigstellung wird es die fortschrittlichste beugungsbegrenzte Speicherringlichtquelle der Welt sein.

(Bildquelle: Baidu Encyclopedia)

Warum wollen wir eine fortschrittliche Lichtquelle bauen? Die minimale Länge, die das menschliche Auge erkennen kann, beträgt etwa 0,1 mm. Der Grund, warum unsere Augen Objekte sehen können, liegt darin, dass sichtbares Licht auf Objekte fällt und reflektiert wird, um sich auf unserer Netzhaut zu fokussieren, sodass unsere Augen das Objekt sehen können. Wenn das Objekt, das wir beobachten möchten, jedoch sehr klein ist, so klein, dass es kleiner als die Wellenlänge der sichtbaren Welle ist, kann die sichtbare Welle nicht reflektiert werden, wenn sie auf das Objekt scheint, und wir können das winzige Objekt nicht klar sehen. Wenn wir also mikroskopische Objekte beobachten möchten, ist eine Lichtquelle mit kurzer Wellenlänge erforderlich.

Tatsächlich besteht die Essenz des Lichts aus einem Fluss von Photonen in einem bestimmten Frequenzband. Eine Lichtquelle strahlt Licht aus, weil die Elektronen in der Lichtquelle zusätzliche Energie gewinnen. Reicht die Energie nicht aus, um in eine äußere Umlaufbahn zu springen, wird das Elektron beschleunigt und gibt Energie in Form von Wellen ab. Unterschiedliche Wellenlängen des Lichts haben unterschiedliche Verwendungszwecke. Um mikroskopische Materialien zu erforschen, haben chinesische Wissenschaftler daher eine Synchrotronstrahlungsquelle entwickelt. Einfach ausgedrückt ist eine Synchrotronstrahlungsquelle ein großes Röntgengerät. Die Wellenlänge des von ihm ausgestrahlten Lichts ermöglicht uns die Untersuchung der mikroskopischen Struktur von Materialien und leistet damit wichtige Unterstützung für die Grundlagen- und Betriebsforschung in den Bereichen Materialwissenschaft, Energieumwelt, Medizin usw.

Wie funktioniert ein so wichtiges wissenschaftliches Gerät? Die Advanced Light Source besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Linearbeschleuniger, einem Speicherring und einer Strahllinien-Experimentierstation. Nachdem wir nun die Hauptkomponenten kennen, schauen wir uns an, welche Funktionen sie jeweils erfüllen.

Der Linearbeschleuniger dient dazu, den erforderlichen Elektronenspeicherstrahl für den Elektronenspeicherring bereitzustellen. Die Elektronenkanone erzeugt einen Elektronenstrahl mit einer Energie von 100.000 Elektronenvolt, der zunächst durch einen etwa 40 Meter langen Linearbeschleuniger auf 150 Millionen Elektronenvolt beschleunigt und dann in einen Booster mit einem Umfang von etwa 180 Metern eingespeist wird. Der Booster beschleunigt es weiter auf 3,5 Milliarden Elektronenvolt und injiziert es dann über das Injektions-/Extraktionssystem in den Elektronenspeicherring. Dieser Injektortyp, der den Elektronenstrahl auf die Betriebsenergie des Elektronenspeicherrings beschleunigt, wird als Vollenergieinjektor bezeichnet. Der gesamte Einspritzvorgang muss durch ein speziell entwickeltes Zeitsteuerungssystem „präzise gesteuert“ werden.

Speicherring: Der Elektronenspeicherring ist ein geschlossenes, kreisförmiges Hightech-Gerät mit einem Umfang von 432 Metern, was einem Schulhof mit einer 400 Meter langen kreisförmigen Start- und Landebahn entspricht und zur Speicherung von 3,5 Milliarden Elektronenvolt hochenergetischer Elektronenstrahlen dient. Der Elektronenspeicherring ist der Hauptkörper und Kern der Synchrotronstrahlungsquelle, und seine Leistung bestimmt direkt die Qualität der Leistung der Synchrotronstrahlungsquelle. Es besteht aus einer Ultrahochvakuumkammer mit einem Vakuumgrad von 10-10 mA, einem hochpräzisen Magnetsystem, einer Hochfrequenz-Beschleunigungskavität, einem hochempfindlichen Strahlerkennungsinstrument und einem Steuerungssystem. Das hochpräzise Magnetsystem ist die Hauptkomponente des Speicherrings und umfasst 40 Dipol-Ablenkmagnete, 200 Quadrupol-Fokussiermagnete und 140 Sextupol-Chromatizitätsmagnete.

Die Strahllinien-Experimentierstation ist eine umfassende wissenschaftliche und technologische Plattform für Wissenschaftler und Ingenieure, um mithilfe von Synchrotronstrahlung wissenschaftliche Geheimnisse aufzudecken und Hightech-Produkte zu entwickeln. Dabei wird Synchrotronstrahlung auf verschiedene Versuchsproben „gestrahlt“. Gleichzeitig zeichnen wissenschaftliche Instrumente die verschiedenen Reaktionsinformationen oder Änderungen der Versuchsproben auf, die dann von Hochgeschwindigkeitscomputern verarbeitet und in eine Reihe von Kurven oder Bildern umgewandelt werden, die die Geheimnisse der Natur widerspiegeln.

Die Hefei Advanced Light Source stellt in vielerlei Hinsicht hohe Anforderungen an das Land, beispielsweise hinsichtlich der Energieversorgungskette, der Lebensmittelsicherheit und der nationalen Verteidigungssicherheit. In industrieller Hinsicht bildet sie zudem die Grundlage für Innovationsfähigkeit und fördert die Modernisierung der Industrie. So können beispielsweise im Bereich Information und Kommunikation zukünftige Quantengeräte sowie Lithografietechnologie, Leichtbaustoffe in neuen Werkstoffen, Leben und Gesundheit und andere Bereiche erforscht werden.

Advanced Light Source wird uns in Zukunft das hellste Licht zur Erforschung der mikroskopischen Welt bieten.