एक परिष्कृत प्रकाशिकी प्रणाली का निर्माण कैसे करें

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एक परिष्कृत प्रकाशिकी प्रणाली का निर्माण कैसे करें

आर्गन में एपीएस ऑप्टिक्स ग्रुप के एक मेट्रोलॉजी इंजीनियर, जून कियान, एपीएस अपग्रेड के लिए अत्यधिक पॉलिश किए गए दर्पणों में से एक में अपना प्रतिबिंब देखते हैं। ये दर्पण शक्तिशाली एपीएस एक्स-रे बीम को बेहद छोटे आकार में केंद्रित करेंगे। क्रेडिट: जे जे स्टार / आर्गन नेशनल लेबोरेटरी

एक्स-रे बीम प्रदान करने के लिए जो दोनों बहुत उज्ज्वल और बहुत कसकर केंद्रित हैं, आर्गन टीम को उन्नत उन्नत फोटॉन स्रोत के लिए दर्पण, लेंस और उपकरण की एक नई प्रणाली बनाना पड़ा।


फिल्म “अलादीन” में, रॉबिन विलियम्स ने एक विशाल नीले जिन्न को आवाज दी, जो एक छोटे से जादुई चिराग के अंदर रहता था। चरित्र ने अपनी स्थिति का वर्णन इस प्रकार किया: “असाधारण वैश्विक शक्ति! ईटी बीटी रहने की जगह!”

एक तरह से, उन्नत फोटॉन स्रोत (APS) के उन्नयन के लिए प्रकाशिकी प्रणाली को डिजाइन करने वाली टीम के लिए अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) की राष्ट्रीय प्रयोगशाला में विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधा है। जब सुविधा ऑनलाइन वापस आती है, वर्तमान में 2024 के लिए निर्धारित है, तो उन्नत एपीएस एक्स-रे बीम वितरित करेगा जो वर्तमान सुविधा में उत्पादित की तुलना में 500 गुना तेज होगा। प्रकाशिकी टीम का काम यह पता लगाना है कि तेज बीम को अविश्वसनीय रूप से छोटे आकार में कैसे केंद्रित किया जाए।

संक्षेप में, इन असाधारण रूप से उज्ज्वल बीम को ईटी-बीटी स्पॉट आकार में कम करने की आवश्यकता होती है, जो अक्सर एक माइक्रोन से छोटा होता है, जिसका अर्थ बैक्टीरिया या रक्त कोशिकाओं से छोटा होता है। नए उपकरणों के लिए नई सामग्री के गुणों को उजागर करने के लिए वैज्ञानिक इस तंग फोकस, अल्ट्रा-ब्राइट बीम का उपयोग करेंगे, या अगली पीढ़ी की दवाओं को विकसित करने में मदद करेंगे जो हमारे दैनिक जीवन को बेहतर बनाएगी।

एपीएस जैसे प्रकाश स्रोत दर्पण, मोनोक्रोमेटर्स और एक्स-रे बीम के रूप में जाने वाले जटिल उपकरणों में हेरफेर और फोकस करने के लिए लेंस के संयोजन का उपयोग करते हैं। इन घटकों को एपीएस के आसपास स्थित बीमलाइन के रूप में ज्ञात प्रयोग के अंतिम स्टेशनों में स्थापित किया गया है। दुनिया भर के वैज्ञानिक वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक्स-रे का उपयोग करते हैं। इस मशीन को अपग्रेड करने के लिए नई तकनीक और नए डिज़ाइन किए गए ऑप्टिकल घटकों की आवश्यकता होगी जो वर्तमान एपीएस में उपयोग किए गए लोगों की तुलना में अधिक सटीक हैं।

“सभी नई बीमलाइन – नौ नवनिर्मित और 15 महत्वपूर्ण सुधारों के साथ – अप-टू-डेट होंगी, और कुछ ऐसा करने के लिए डिज़ाइन की गई हैं जो हम पहले नहीं कर पाए हैं,” आर्गोनी एक्स में ऑप्टिक्स ग्रुप के नेता लाहसेन असोफिड ने कहा। . विकिरण विज्ञान विभाग (XSD)। “हम नौ नई बीमलाइनों के लिए सभी नए प्रकाशिकी डिजाइन कर रहे हैं। कोई प्रकाशिकी नहीं है जिसे हम उनके लिए पुन: उपयोग कर सकते हैं।”

अपग्रेड करने पर, एपीएस एक एक्स-रे स्रोत का उत्पादन करेगा जो क्षैतिज रूप से लगभग 10 माइक्रोन टी और 30 माइक्रोन है, जो अब प्रदान की जाने वाली सुविधा से बहुत छोटा है। Esophyde और उनकी टीम पर एक ऐसी प्रणाली को डिजाइन करने का आरोप है जो वैज्ञानिकों को उन चमकीले बीमों पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति देगा जो अविश्वसनीय रूप से छोटे हैं। सिस्टम को एक्स-रे संगतता बनाए रखते हुए ऐसा करना चाहिए। संगति प्रकाश की गुणवत्ता है जो इसे सतह से उछालते समय जानकारी ले जाने की अनुमति देती है। जब ये संशोधित एक्स-रे बीम नमूने से भिन्न होते हैं, तो वे नमूने के बारे में डिटेक्टरों को अधिक जानकारी देंगे, जिसके परिणामस्वरूप अधिक विस्तृत तस्वीर होगी।

“हम यह सुनिश्चित करना चाहते हैं कि सुसंगत बीम संरक्षित हैं,” एसोफीड ने कहा। “मुझे लगता है कि यह सबसे बड़ी चुनौती है। हम चाहते हैं कि दर्पण फोकसिंग ऑप्टिक्स में बीम की गुणवत्ता बनाए रखें। हम माप समय को तेज करने के लिए इन सभी संगत रोशनी को छोटे स्थान आकारों में देख रहे हैं।”

जियानबो शी एक्सएसडी के साथ एक भौतिक विज्ञानी है, और वह प्रत्येक बीमलाइन पर कर्मचारियों की मदद से कई नई प्रणालियों को डिजाइन कर रहा है। कुल मिलाकर, उन्होंने कहा, एपीएस अपग्रेड के लिए 1,700 से अधिक लेंस और लगभग 60 अत्यधिक पॉलिश किए गए दर्पणों की आवश्यकता होगी। प्रत्येक ऑप्टिकल सिस्टम को विशेष रूप से विस्तृत सटीकता के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इतना ही, वास्तव में, उन्हें कुशलता से डिजाइन करने के लिए तकनीक मौजूद नहीं थी – एपीएस अपग्रेड ऑप्टिक्स टीम को आगे बढ़ने से पहले, अपने स्वयं के सॉफ़्टवेयर को विकसित करने, कला की अपनी स्थिति में सुधार करना पड़ा।

“हर कदम पर, हम सबसे अच्छे सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हैं और उसके ऊपर विकसित होते हैं,” शी ने कहा। “हमें सॉफ्टवेयर डिजाइन करना होगा ताकि हम ऑप्टिक्स डिजाइन कर सकें।”

शिया ने कहा कि जिन दर्पणों को डिजाइन किया गया है वे दुनिया में सबसे अधिक मांग वाली कला हैं। दुनिया में केवल कुछ ही कंपनियां हैं जो उन्हें बना सकती हैं, उन्होंने कहा, क्योंकि बीम के गुणों को बनाए रखने के लिए, दर्पण लगभग पूरी तरह से चिकने होने चाहिए। यह पारंपरिक यांत्रिक रासायनिक पॉलिशिंग से परे है और एक-एक करके परमाणुओं को उनकी सतह से हटा दिया जाता है।

वास्तव में, Asofid ने कहा, दुनिया में केवल एक ही कंपनी है जो इनमें से कुछ दर्पणों की आवश्यकता को आसानी से पूरा कर सकती है। उन्होंने कहा कि अपग्रेडेशन के लिए जरूरी 20 मिरर कंपनी से आएंगे। इस तरह के दर्पण बनाने में लगभग एक साल का समय लगता है, और अगर वे निरीक्षण पास नहीं करते हैं, तो कंपनी को लगभग खरोंच से शुरू करने की आवश्यकता होगी।

शिया ने कहा, लेंस को काफी सरल नहीं होना चाहिए, लेकिन उनका डिजाइन और उत्पादन अभी भी बेहद विस्तृत है। लेंस अवतल होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे अंदर की ओर मुड़ते हैं। विनिर्देशों को डिजाइन करने के लिए वक्र को ठीक से बनाना आवश्यक है ताकि वे बीम को इच्छित के रूप में केन्द्रित कर सकें।

वैज्ञानिक बिना समायोजन किए कुछ बीमलाइनों का त्वरित और सटीक आकार बदलने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग करके ऑप्टिक्स टीम तकनीक विकसित कर रहे हैं। परमाणु, नई सुविधा की बीमलाइनों में से एक, अभूतपूर्व सटीकता के साथ नमूनों के संरचनात्मक, रासायनिक और भौतिक गुणों की जांच करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कभी-कभी वैज्ञानिकों को बीम के आकार को मक्खी पर केंद्रित करने की आवश्यकता होगी।

“ज़ूम मिरर ऑप्टिक्स का मतलब है कि इसे दो जोड़ी फ़ोकसिंग मिरर की ज़रूरत है, इसलिए बीम का आकार पूरे नमूने में भिन्न हो सकता है,” एसोफ़ाइड ने समझाया। “बीमलाइन वैज्ञानिकों के पास दर्पणों को समायोजित करने का समय नहीं है, इसलिए इसे स्वचालित रूप से किया जाना चाहिए। यदि वे बीम को एक स्थान पर केंद्रित करना चाहते हैं, और फिर उनका आकार बदलना चाहते हैं, तो वे अपने नमूने को एक अलग पैमाने पर चित्रित कर सकते हैं।”

एपीएस अपग्रेड के लिए आवश्यक दर्पण और लेंस इतने सटीक हैं कि उनमें से कुछ का परीक्षण केवल वास्तविक एक्स-रे बीम में किया जा सकता है। जैसे ही वे उन्हें बनाने वाली कंपनियों से लैब में पहुंचेंगे, टीम एपीएस के सेक्टर 1 में उनके पारंपरिक ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी का परीक्षण करेगी। प्रत्येक दर्पण का परीक्षण करने में एक सप्ताह या उससे अधिक समय लगता है, और टीम को ऐसा करने के लिए नए उपकरण और तकनीक विकसित करनी पड़ी। वे प्रत्येक बीमलाइन के लिए नई डायग्नोस्टिक सिस्टम भी बना रहे हैं जो मापने के लिए पहले नहीं मापा गया था।

“बीम की गुणवत्ता महत्वपूर्ण है, इसलिए हमें इसे मापने का एक तरीका चाहिए,” शी ने कहा। “इसलिए हमने नई वेवफ्रंट परीक्षण तकनीक विकसित करने में थोड़ा प्रयास किया। यह कला की स्थिति में सुधार करता है। हम प्रकाशिकी को बदलते समय बीमलाइन की निगरानी कर सकते हैं और उस प्रकाशिकी को नियंत्रित करने के लिए जानकारी एकत्र कर सकते हैं।”

एक साल की अवधि में नए दर्पण, लेंस और अन्य उपकरण स्थापित किए जाएंगे जब निर्माण के लिए एपीएस अपग्रेड बंद हो जाएगा। स्थापना अवधि अप्रैल 2023 में शुरू होने वाली है। जब नई प्रकाशिकी प्रणाली समाप्त हो जाती है, एसोफीड ने कहा, प्रभाव एपीएस को चश्मे की एक नई जोड़ी देने जैसा होगा। जो कभी अस्पष्ट और कठिन था, अब उस पर ध्यान दिया जाएगा।

“जब हम पहली बार प्रकाश देखेंगे तो मुझे खुशी होगी,” उन्होंने कहा। “हमने बहुत प्रगति की है, लेकिन बहुत काम किया जाना बाकी है। मैं उत्साहित हूं, लेकिन जब सब कुछ खत्म हो जाएगा तो मैं पूरी तरह से संतुष्ट हो जाऊंगा।”


नई विधि एक्स-रे नैनोटोमोग्राफी संकल्प में काफी सुधार करती है


Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा प्रदान किया गया

गुणों का वर्ण – पत्र: एडवांस्ड ऑप्टिक्स सिस्टम्स एडवांस्ड फोटोन सोर्स अपग्रेड्स को कैसे संभव बनाएंगे (सितंबर 2021, 10) सितंबर 11, 2021 https://phys.org/news/2021-09-state-of-the -art-optics-advanced-photon- स्रोत.एचटीएमएल

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