Su finalidad es producir haces de luz intensos cuyas características especiales resultan útiles en muchas áreas de la investigación científica. En particular, se puede utilizar para investigar la estructura y las propiedades de una amplia gama de materiales, desde proteínas (para proporcionar información para diseñar nuevos y mejores fármacos) y componentes de ingeniería (como un álabe de ventilador de un motor de avión [1] ) hasta la conservación de artefactos arqueológicos (por ejemplo, el buque insignia de Enrique VIII, el Mary Rose [2] [3] ).
Hay más de 50 fuentes de luz en todo el mundo. [4] Con una energía de 3 GeV, Diamond es un sincrotrón de energía media que actualmente opera con 32 líneas de haz .
Diamond produjo su primer haz de usuario hacia finales de enero de 2007, y fue inaugurado formalmente por la Reina Isabel II el 19 de octubre de 2007. [5] [6]
Construcción
En 2001, los científicos de Daresbury completaron un estudio de diseño durante la década de 1990 y la construcción comenzó tras la creación de la empresa operadora, Diamond Light Source Ltd. [7]
Los costes de construcción, de 260 millones de libras, cubrieron el edificio del sincrotrón, los aceleradores en su interior, las primeras siete estaciones experimentales (líneas de luz) y el bloque de oficinas adyacente, Diamond House.
Las partículas que utiliza el diamante son electrones que viajan a una energía de 3 GeV [10] alrededor de un anillo de almacenamiento de circunferencia de 561,6 m . Este no es un círculo verdadero, sino un polígono de 48 lados con un imán de flexión en cada vértice y secciones rectas entre ellos. [11] Los imanes de flexión son imanes dipolares cuyo campo magnético desvía los electrones para dirigirlos alrededor del anillo. Como el diamante es una fuente de luz de tercera generación [ se necesita más explicación ], también utiliza conjuntos especiales de imanes llamados dispositivos de inserción . Estos hacen que los electrones ondulen y es su cambio repentino de dirección lo que hace que los electrones emitan un haz excepcionalmente brillante de radiación electromagnética, más brillante que el de una sola curva cuando viajan a través de un imán de flexión. Esta es la luz de sincrotrón utilizada para experimentos. Sin embargo, algunas líneas de luz utilizan únicamente luz de un imán de flexión sin la necesidad de un dispositivo de inserción.
Los electrones alcanzan esta alta energía a través de una serie de etapas de preaceleración antes de ser inyectados en el anillo de almacenamiento de 3 GeV:
un sincrotrón amplificador de 100 MeV – 3 GeV (158 m de circunferencia).
El sincrotrón Diamond está alojado en un edificio toroidal de plata de 738 m de circunferencia, que cubre un área de más de 43.300 metros cuadrados, o el área de más de seis campos de fútbol . Este contiene el anillo de almacenamiento y una serie de líneas de luz , [12] con el acelerador lineal y el sincrotrón de refuerzo alojados en el centro del anillo. Estas líneas de luz son las estaciones experimentales donde la interacción de la luz del sincrotrón con la materia se utiliza con fines de investigación. Siete líneas de luz estaban disponibles cuando Diamond entró en funcionamiento en 2007, y se pusieron en funcionamiento más a medida que avanzaba la construcción. En abril de 2019 había 32 líneas de luz en funcionamiento. En última instancia, se pretende que Diamond albergue alrededor de 33 líneas de luz, que respalden las ciencias biológicas, físicas y ambientales.
Diamond también alberga once microscopios electrónicos . Nueve de ellos son microscopios crioelectrónicos especializados en ciencias de la vida, incluidos dos proporcionados para uso industrial en asociación con Thermo Fisher Scientific; los dos microscopios restantes están dedicados a la investigación de materiales avanzados. [13]
Estudios de caso
En septiembre de 2007, científicos de la Universidad de Cardiff , dirigidos por Tim Wess, descubrieron que el sincrotrón de diamante podía utilizarse para ver el contenido oculto de documentos antiguos mediante iluminación sin abrirlos (penetrando capas de pergamino ). [14] [15]
En noviembre de 2010, los datos recopilados en Diamond por el Imperial College de Londres formaron la base de un artículo en la revista Nature que avanza en la comprensión de cómo el VIH y otros retrovirus infectan las células humanas y animales. [16] [17] Los hallazgos pueden permitir mejoras en la terapia genética para corregir disfunciones genéticas.
En junio de 2011, los datos de Diamond dieron lugar a un artículo en la revista Nature en el que se detallaba la estructura tridimensional de la proteína del receptor H1 de histamina humana . Esto condujo al desarrollo de antihistamínicos de "tercera generación" , fármacos eficaces contra algunas alergias sin efectos secundarios adversos. [18] [19]
En diciembre de 2017, el Reino Unido creó el proyecto Synchrotron Techniques for African Research and Technology (START) con una financiación de 3,7 millones de libras esterlinas del Departamento de Investigación e Innovación del Reino Unido durante tres años. El objetivo de START era proporcionar acceso a investigadores africanos centrados en materiales energéticos y biología estructural. El paso es crucial para la creación de la primera fuente de luz africana . [20] [21]
Publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias en abril de 2018, una colaboración de cinco instituciones, incluidos científicos de Diamond, utilizó tres de las líneas de luz macromoleculares de Diamond para descubrir detalles de cómo una bacteria usaba el plástico como fuente de energía. Los datos de alta resolución permitieron a los investigadores determinar el funcionamiento de una enzima que degradaba el plástico PET . Posteriormente, se realizó un modelado computacional para investigar y, por lo tanto, mejorar este mecanismo. [22]
Un artículo publicado en Nature en 2019 describió cómo una colaboración multidisciplinaria mundial diseñó varias formas de controlar nanopartículas metálicas, incluida la síntesis a un costo sustancialmente reducido para su uso como catalizadores para la producción de bienes de uso diario. [23]
Las investigaciones realizadas en Diamond Light Source en 2020 ayudaron a determinar la estructura atómica del SARS-CoV-2 , el virus responsable de la COVID-19 . [24]
^ Diamond y Rolls-Royce iluminan el escenario de sincrotrón más grande del mundo
^ Soluciones de conservación de alta tecnología para buques de guerra antiguos – Diamond Lights Source
^ Podcast: el Dr. Mark Jones de The Mary Rose Trust analiza su investigación
^ "Lightsources.org: Fuentes de luz del mundo". 2019. Consultado el 5 de octubre de 2019 .
^ Noticias sobre diamantes: Su Majestad la Reina inaugura oficialmente la fuente de luz Diamond
^ "'Super-scope' abre sus puertas". 5 de febrero de 2007.
^ El nombre DIAMOND fue concebido originalmente por Mike Poole (el creador del proyecto DIAMOND) y se presentó como un acrónimo que significa salida dipolar y multipolar para la nación en Daresbury. Como la ubicación ahora es Oxfordshire, no Daresbury, el nombre refleja que la luz de sincrotrón es dura (en referencia a la región de rayos X "dura" del espectro electromagnético ) y brillante.
^ Diamond Light Source Ltd Archivado el 7 de julio de 2013 en Wayback Machine.
^ Estrictamente hablando, cuando experimentan una aceleración perpendicular a su dirección de viaje.
^ Equivale a acelerarlos a través de un voltaje de 3 mil millones de voltios; 1 electronvoltio es la energía que gana un electrón cuando es acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio.
^ "Dentro del diamante" (PDF) . Fuente de luz del diamante. 2015. Archivado desde el original (PDF) el 20 de noviembre de 2018. Consultado el 5 de octubre de 2019 .
^ "Lista actual de líneas de luz de diamante". Archivado desde el original el 2 de febrero de 2016. Consultado el 9 de agosto de 2011 .
^ "Desarrollo de la línea de luz y resumen técnico: fuente de luz Diamond" www.diamond.ac.uk . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
^ "'Super-scopio' para ver textos ocultos". 13 de septiembre de 2007.
^ "Diamante: desentrañando los secretos de los pergaminos antiguos". Archivado desde el original el 8 de agosto de 2011 . Consultado el 9 de agosto de 2011 .
^ Diamond News: Los rayos X iluminan el mecanismo utilizado por el VIH para atacar el ADN humano
^ Maertens, Goedele N.; Hare, Stephen; Cherepanov, Peter (2010). "El mecanismo de integración retroviral a partir de las estructuras de rayos X de sus intermediarios clave". Nature . 468 (7321): 326–329. Bibcode :2010Natur.468..326M. doi :10.1038/nature09517. PMC 2999894 . PMID 21068843.
^ Diamond News: Un avance en el receptor de histamina H1 anuncia mejores tratamientos para las alergias
^ Shimamura, Tatsuro (2011). "Estructura del complejo del receptor H1 de histamina humana con doxepina". Nature . 475 (7354): 65–70. doi :10.1038/nature10236. PMC 3131495 . PMID 21697825.
^ "GCRF - START: Técnicas de sincrotrón para la investigación y la tecnología africanas".
^ Nicklin, Chris; Stredwick, Rebekka; Sewell, Trevor (2 de enero de 2022). "Técnicas de sincrotrón para la investigación y la tecnología africanas: un cambio radical en la biología estructural y los materiales energéticos". Synchrotron Radiation News . 35 (1): 14–19. Bibcode :2022SRNew..35a..14N. doi : 10.1080/08940886.2022.2043684 . ISSN 0894-0886. S2CID 247431515.
^ Diamond Light Source. "Solución a la contaminación plástica en el horizonte - Diamond Light Source". www.diamond.ac.uk . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
^ "La colaboración científica mundial desarrolla un avance en catálisis: la fuente de luz Diamond". www.diamond.ac.uk . Consultado el 5 de octubre de 2019 .
^ "Sincrotrones en primera línea contra el coronavirus". 2020 . Consultado el 3 de julio de 2021 .
↑ Laura Geggel (7 de febrero de 2024). «Descifran parcialmente un pergamino carbonizado durante la erupción del Vesubio, lo que les reporta a los investigadores un premio de 700.000 dólares». livescience.com . Consultado el 8 de febrero de 2024 .
Enlaces externos
Sitio web oficial
Diamante: la respuesta británica al Gran Colisionador de Hadrones Artículo del Guardian que describe la máquina y sus aplicaciones
