La Fuente Nacional de Luz de Sincrotrón ( NSLS ) del Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) en Upton, Nueva York, era una instalación nacional de investigación de usuarios financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Construido entre 1978 y 1984, y oficialmente cerrado el 30 de septiembre de 2014, [2] el NSLS se consideraba un sincrotrón de segunda generación . [3]
El piso experimental del NSLS constaba de dos anillos de almacenamiento de electrones: un anillo de rayos X y un anillo VUV (ultravioleta de vacío) que proporcionaba una luz intensa y enfocada que abarcaba todo el espectro electromagnético desde el infrarrojo hasta los rayos X. Las propiedades de esta luz y las estaciones experimentales especialmente diseñadas, llamadas líneas de luz , permitieron a los científicos de muchos campos de investigación realizar experimentos que de otro modo no serían posibles en sus propios laboratorios.
Se inició la construcción del NSLS el 28 de septiembre de 1978. El anillo VUV comenzó a operar a finales de 1982 y el anillo de rayos X se puso en servicio en 1984. En 1986, una segunda fase de construcción amplió el NSLS en 52.000 pies cuadrados (4.800 m 2 ), que añadió oficinas, laboratorios y espacio para nuevos equipos experimentales. [3] Después de 32 años de producir luz sincrotrón, el último haz almacenado se arrojó a las 16:00 EDT del 30 de septiembre de 2014, y NSLS se cerró oficialmente.
Durante la construcción del NSLS, dos científicos, Renate Chasman y George Kenneth Green , inventaron una disposición periódica especial de elementos magnéticos (una red magnética ) para optimizar la flexión y el enfoque de los electrones. [3] El diseño se llamó red Chasman-Green y se convirtió en la base del diseño de cada anillo de almacenamiento de sincrotrón . Los anillos de almacenamiento se caracterizan por el número de secciones rectas y curvas en su diseño. Las secciones curvas producen más luz que las secciones rectas debido al cambio en el momento angular de los electrones. Chasman y Green tuvieron en cuenta esto en su diseño agregando dispositivos de inserción, conocidos como onduladores y onduladores , en las secciones rectas del anillo de almacenamiento. [3] Estos dispositivos de inserción producen la luz más brillante entre las secciones del anillo y, por lo tanto, las líneas de luz generalmente se construyen aguas abajo de ellos.
El anillo VUV de la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón fue una de las primeras fuentes de luz de segunda generación en funcionar en el mundo. Fue diseñado inicialmente en 1976 y puesto en servicio en 1983. [4] Durante la actualización de la Fase II en 1986, se agregaron dos onduladores/meneadores de inserción al anillo VUV, proporcionando la fuente de mayor brillo en la región ultravioleta del vacío hasta la llegada de la tercera generación. fuentes de luz. [4]
El anillo de rayos X de la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón fue uno de los primeros anillos de almacenamiento diseñados como fuente dedicada de radiación sincrotrón . [5] El diseño final de la red se completó en 1978 y la primera viga almacenada se obtuvo en septiembre de 1982. En 1985, el programa experimental se encontraba en un rápido estado de desarrollo y, a finales de 1990, las líneas de luz y los dispositivos de inserción de la Fase II fueron puestos en funcionamiento. [5]
Los electrones generan la radiación de sincrotrón que se utilizaba en las estaciones finales de las líneas de luz. Los electrones se producen primero mediante un cañón de electrones triodo de 100 KeV . [6] Estos electrones luego pasaron a través de un acelerador lineal (linac), que los llevó hasta 120 MeV . [6] A continuación, los electrones entraron en un anillo de refuerzo, donde su energía aumentó a 750 MeV, [6] y luego fueron inyectados en el anillo VUV o en el anillo de rayos X. En el anillo VUV, los electrones aumentaron aún más hasta 825 MeV y los electrones en el anillo de rayos X aumentaron hasta 2,8 GeV .
Una vez en el anillo, VUV o rayos X, los electrones orbitan y pierden energía como consecuencia de cambios en su momento angular , que provocan la expulsión de fotones. Estos fotones se consideran luz blanca, es decir policromática , y son la fuente de la radiación sincrotrón. Antes de usarse en una estación final de línea de luz, la luz se colima antes de llegar a un monocromador o una serie de monocromadores para obtener una longitud de onda única y fija.
Durante las operaciones normales, los electrones en los anillos de almacenamiento perdieron energía y, como tal, los anillos se reinyectaron cada 12 (anillo de rayos X) y 4 (anillo VUV) horas. La diferencia de tiempo surgió del hecho de que la luz VUV tiene una longitud de onda mayor y, por lo tanto, tiene menor energía, lo que conduce a una descomposición más rápida, mientras que los rayos X tienen una longitud de onda muy pequeña y tienen mucha energía.
Este fue el primer sincrotrón controlado mediante microprocesadores. [7]
El anillo UV tenía 19 líneas de luz, mientras que el anillo de rayos X tenía 58 líneas de luz. [8] Las líneas de luz fueron operadas y financiadas de numerosas maneras. Sin embargo, dado que el NSLS era una instalación para usuarios, a cualquier científico que presentara una propuesta se le podría conceder tiempo de emisión después de la revisión por pares. Había dos tipos de líneas de luz en el NSLS: líneas de luz de instalaciones (FB), que eran operadas por el personal de NSLS y reservaban un mínimo del 50 por ciento de su tiempo de luz para los usuarios, y líneas de luz del equipo de investigación participante (PRT), que eran operadas y dotadas de personal. por grupos externos y reservaba al menos el 25 por ciento de su tiempo de emisión para los usuarios.
Cada línea de rayos X tenía una estación terminal llamada conejera . Se trata de grandes recintos fabricados con materiales de protección contra la radiación , como acero y vidrio emplomado , para proteger a los usuarios de la radiación ionizante del haz. En el suelo de rayos X, muchos de los experimentos realizados utilizaron técnicas como la difracción de rayos X , la difracción de polvo de alta resolución (PXRD), XAFS , DAFS (estructura fina anómala de difracción de rayos X), WAXS y SAXS .
En el anillo VUV, las estaciones finales eran generalmente cámaras UHV ( vacío ultraalto ) que se usaban para realizar experimentos utilizando métodos como XPS , UPS , LEEM y NEXAFS .
En algunas líneas de luz , se utilizaban otras herramientas analíticas junto con la radiación sincrotrón, como un espectrómetro de masas , un láser de alta potencia o un espectrómetro de masas para cromatografía de gases . Estas técnicas ayudaron a complementar y cuantificar mejor los experimentos realizados en la estación final.
En 2003, Roderick MacKinnon ganó el Premio Nobel de Química por descifrar la estructura del canal iónico neuronal . Su trabajo se realizó en parte en el NSLS. [9] En 2009, Venkatraman Ramakrishnan , Thomas A. Steitz y Ada E. Yonath ganaron el Premio Nobel de Química por obtener imágenes del ribosoma con resolución atómica mediante el uso de cristalografía de rayos X en el NSLS y otras fuentes de luz de sincrotrón. [10]
La Fuente Nacional de Luz de Sincrotrón acogió a más de 2200 usuarios de 41 estados de EE. UU. y otros 30 países en 2009. [11] En 2009, hubo 658 publicaciones en revistas y 764 publicaciones en total, incluidas publicaciones en revistas, libros, patentes, tesis e informes. [12]
El NSLS se cerró permanentemente el 30 de septiembre de 2014, después de más de 30 años de servicio. [2] Fue reemplazado por el NSLS-II , que fue diseñado para ser 10.000 veces más brillante. [13]
40°52′05″N 72°52′35″O / 40.86806°N 72.87639°W / 40.86806; -72.87639 (NSLS)