La Fuente Nacional de Luz Sincrotrón ( NSLS , por sus siglas en inglés ) del Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL, por sus siglas en inglés) en Upton, Nueva York, fue una instalación nacional de investigación para usuarios financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés). Construida entre 1978 y 1984, y cerrada oficialmente el 30 de septiembre de 2014, [2] la 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 el espectro electromagnético desde el infrarrojo hasta los rayos X. Las propiedades de esta luz y las estaciones experimentales especialmente diseñadas, llamadas líneas de haz , permitieron a los científicos de muchos campos de investigación realizar experimentos que de otro modo no serían posibles en sus propios laboratorios.
El 28 de septiembre de 1978 se inició la construcción del NSLS. El anillo VUV comenzó a funcionar a finales de 1982 y el anillo de rayos X se puso en funcionamiento en 1984. En 1986, una segunda fase de construcción amplió el NSLS en 52.000 pies cuadrados (4.800 m2 ) , lo que sumó oficinas, laboratorios y espacio para nuevos equipos experimentales. [3] Después de 32 años de producir luz de sincrotrón, el último haz almacenado se descargó a las 16.00 EDT del 30 de septiembre de 2014, y el 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 proporcionar una curvatura y un enfoque optimizados de los electrones. [3] El diseño se denominó 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 la cantidad de secciones rectas y secciones 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 esto en cuenta en su diseño añadiendo dispositivos de inserción, conocidos como wigglers 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 se construyen típicamente aguas abajo de ellos.
El anillo VUV de la National Synchrotron Light Source fue una de las primeras fuentes de luz de segunda generación que funcionó en el mundo. Se diseñó inicialmente en 1976 y se puso en funcionamiento en 1983. [4] Durante la actualización de la Fase II en 1986, se agregaron dos onduladores de inserción al anillo VUV, lo que proporcionó la fuente de mayor brillo en la región ultravioleta del vacío hasta la llegada de las fuentes de luz de tercera generación. [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 de sincrotrón . [5] El diseño final de la red se completó en 1978 y el primer haz almacenado se obtuvo en septiembre de 1982. En 1985, el programa experimental estaba en un rápido estado de desarrollo y, a fines de 1990, se pusieron en funcionamiento las líneas de luz de la Fase II y los dispositivos de inserción. [5]
Los electrones generan la radiación de sincrotrón que se utilizó en las estaciones finales de las líneas de luz. Los electrones son producidos primero por un cañón de electrones de triodo de 100 KeV . [6] Estos electrones luego pasaron por un acelerador lineal (linac), que los elevó hasta 120 MeV . [6] A continuación, los electrones ingresaron en un anillo de refuerzo, donde su energía se incrementó a 750 MeV, [6] y luego se inyectaron en el anillo VUV o en el anillo de rayos X. En el anillo VUV, los electrones se elevaron aún más hasta 825 MeV y los electrones en el anillo de rayos X se elevaron a 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 de sincrotrón. Antes de ser utilizada en una estación terminal de línea de haz, 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 el funcionamiento normal, los electrones de los anillos de almacenamiento perdían energía y, por ello, los anillos se reinyectaban cada 12 (anillo de rayos X) y 4 (anillo VUV) horas. La diferencia de tiempo se debía a que la luz VUV tiene una longitud de onda mayor y, por lo tanto, una energía menor, lo que conduce a una descomposición más rápida, mientras que los rayos X tienen una longitud de onda muy pequeña y una energía alta.
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 se operaban y financiaban de diversas maneras. Sin embargo, dado que el NSLS era una instalación de usuarios, cualquier científico que presentara una propuesta podía obtener tiempo de haz después de una revisión por pares. Había dos tipos de líneas de luz en el NSLS: líneas de luz de instalación (FB), que eran operadas por el personal del NSLS y reservaban un mínimo del 50 por ciento de su tiempo de haz para los usuarios, y líneas de luz de equipo de investigación participante (PRT), que eran operadas y atendidas por grupos externos y reservaban al menos el 25 por ciento de su tiempo de haz para los usuarios.
Cada línea de rayos X tenía una estación terminal llamada cabina . 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 la sala de rayos X, muchos de los experimentos realizados utilizaban técnicas como difracción de rayos X , difracción de polvo de alta resolución (PXRD), XAFS , DAFS (estructura fina anómala por difracción de rayos X), WAXS y SAXS .
En el anillo VUV, las estaciones finales eran generalmente cámaras UHV ( ultra alto vacío ) que se utilizaban para realizar experimentos utilizando métodos como XPS , UPS , LEEM y NEXAFS .
En algunas líneas de luz se utilizaron otras herramientas analíticas junto con la radiación sincrotrón, como un espectrómetro de masas , un láser de alta potencia o un espectrómetro de masas de cromatografía de gases . Estas técnicas ayudaron a complementar y cuantificar mejor los experimentos realizados en la estación terminal.
En 2003, Roderick MacKinnon ganó el Premio Nobel de Química por descifrar la estructura del canal iónico neuronal . Su trabajo se llevó a cabo en parte en el NSLS. [9] En 2009, Venkatraman Ramakrishnan y 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]
En 2009, la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón recibió a más de 2.200 usuarios de 41 estados de EE. UU. y otros 30 países. [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 apagó 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)