Его цель — производить интенсивные лучи света , особые характеристики которых полезны во многих областях научных исследований. В частности, его можно использовать для исследования структуры и свойств широкого спектра материалов от белков (чтобы предоставить информацию для разработки новых и лучших лекарств) и инженерных компонентов (таких как лопасть вентилятора от авиационного двигателя [1] ) до сохранения археологических артефактов (например, флагманского корабля Генриха VIII « Мэри Роуз» [2] [3] ).
В мире насчитывается более 50 источников света. [4] Diamond — это синхротрон средней энергии с энергией 3 ГэВ, который в настоящее время работает с 32 каналами пучка .
Diamond выпустил свой первый пользовательский луч в конце января 2007 года и был официально открыт королевой Елизаветой II 19 октября 2007 года. [5] [6]
Строительство
Проектное исследование, проведенное в 1990-х годах, было завершено в 2001 году учеными из Дарсбери, и строительство началось после создания эксплуатирующей компании Diamond Light Source Ltd. [7]
Расходы на строительство в размере 260 млн фунтов стерлингов включали строительство здания синхротрона, ускорителей внутри него, первых семи экспериментальных станций (каналов пучков) и прилегающего офисного здания Diamond House.
Управление
Эксплуатацией объекта занимается Diamond Light Source Ltd [8] , совместное предприятие , созданное в марте 2002 года. Компания получает 86% своего финансирования от правительства Великобритании через Совет по научно-техническим учреждениям (STFC) и 14% от Wellcome Trust .
Частицы, которые использует Diamond, — это электроны, движущиеся с энергией 3 ГэВ [10] по накопительному кольцу с окружностью 561,6 м . Это не настоящий круг, а 48-сторонний многоугольник с поворотным магнитом в каждой вершине и прямыми секциями между ними. [11] Поворотные магниты — это дипольные магниты , магнитное поле которых отклоняет электроны, чтобы направлять их по кольцу. Поскольку Diamond является источником света третьего поколения [ необходимо дополнительное объяснение ], он также использует специальные массивы магнитов, называемые устройствами вставки . Они заставляют электроны совершать волнообразные движения, и именно их внезапное изменение направления заставляет электроны испускать исключительно яркий луч электромагнитного излучения, ярче, чем луч одного изгиба при прохождении через поворотный магнит. Это синхротронный свет, используемый для экспериментов. Однако некоторые каналы пучка используют свет исключительно от поворотного магнита без необходимости в устройстве вставки.
Электроны достигают этой высокой энергии, проходя ряд предускорительных стадий, прежде чем попасть в накопительное кольцо на 3 ГэВ:
бустерный синхротрон на 100 МэВ – 3 ГэВ (окружность 158 м).
Синхротрон Diamond расположен в серебряном тороидальном здании с окружностью 738 м, занимающем площадь более 43 300 квадратных метров, или площадь более шести футбольных полей . Он содержит накопительное кольцо и ряд каналов пучка , [12] с линейным ускорителем и бустерным синхротроном, размещенными в центре кольца. Эти каналы пучка являются экспериментальными станциями, где взаимодействие синхротронного света с веществом используется в исследовательских целях. Когда Diamond начал работу в 2007 году, было доступно семь каналов пучка, и по мере продолжения строительства их становилось все больше. По состоянию на апрель 2019 года работало 32 канала пучка. Diamond в конечном итоге предназначен для размещения около 33 каналов пучка, поддерживающих науки о жизни, физике и окружающей среде.
Diamond также является домом для одиннадцати электронных микроскопов . Девять из них являются криоэлектронными микроскопами, специализирующимися на биологических науках, включая два, предоставленных для промышленного использования в партнерстве с Thermo Fisher Scientific; оставшиеся два микроскопа предназначены для исследования передовых материалов. [13]
Примеры исследований
В сентябре 2007 года ученые из Кардиффского университета под руководством Тима Весса обнаружили, что алмазный синхротрон можно использовать для просмотра скрытого содержания древних документов путем освещения, не открывая их (проникая сквозь слои пергамента ). [14] [15]
В ноябре 2010 года данные, собранные в Diamond при Имперском колледже Лондона, легли в основу статьи в журнале Nature, углубляющей понимание того, как ВИЧ и другие ретровирусы заражают клетки человека и животных. [16] [17] Полученные результаты могут способствовать улучшению генной терапии для исправления нарушений работы генов.
В июне 2011 года данные Diamond привели к статье в журнале Nature, в которой подробно описывалась 3D-структура человеческого белка рецептора гистамина H1 . Это привело к разработке антигистаминных препаратов «третьего поколения», эффективных против некоторых аллергий без неблагоприятных побочных эффектов. [18] [19]
В декабре 2017 года Великобритания создала Synchrotron Techniques for African Research and Technology (START) с 3,7 млн фунтов стерлингов, финансируемых UK Research and Innovation на 3 года. START направлен на обеспечение доступа к африканским исследователям, уделяющим особое внимание энергетическим материалам и структурной биологии. Этот шаг является схемой для создания первого африканского источника света . [20] [21]
Опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences в апреле 2018 года, сотрудничество пяти институтов, включая ученых из Diamond, использовало три макромолекулярных пучка Diamond, чтобы раскрыть подробности того, как бактерия использовала пластик в качестве источника энергии. Данные высокого разрешения позволили исследователям определить работу фермента, который разлагал пластиковый ПЭТ . Впоследствии было проведено вычислительное моделирование для исследования и, таким образом, улучшения этого механизма. [22]
В статье, опубликованной в журнале Nature в 2019 году, описывается, как международное междисциплинарное сотрудничество разработало несколько способов управления металлическими наночастицами, включая синтез по существенно сниженной стоимости для использования в качестве катализаторов для производства повседневных товаров. [23]
Исследования, проведенные в Diamond Light Source в 2020 году, помогли определить атомную структуру SARS‑CoV‑2 , вируса, ответственного за COVID-19 . [24]
^ Diamond и Rolls-Royce освещают самую большую в мире синхротронную сцену
^ Высокотехнологичные решения по сохранению старого военного корабля – Diamond Lights Source
↑ Подкаст – Доктор Марк Джонс из фонда Mary Rose Trust рассказывает о своих исследованиях.
^ "Lightsources.org: Источники света мира". 2019 . Получено 5 октября 2019 .
^ Diamond News: Ее Величество Королева официально открыла алмазный источник света
^ "'Super-scope' открывается для бизнеса". 5 февраля 2007 г.
^ Название DIAMOND изначально придумал Майк Пул (инициатор проекта DIAMOND) и представляло собой аббревиатуру, означающую DIpole And Multipole Output for the Nation at Daresbury. Поскольку сейчас это Оксфордшир, а не Дарсбери, название отражает синхротронный свет, который является одновременно жестким (относится к «жесткой» рентгеновской области электромагнитного спектра ) и ярким.
^ Diamond Light Source Ltd Архивировано 2013-07-07 на Wayback Machine
^ Строго говоря, когда они испытывают ускорение, перпендикулярное направлению их движения.
^ Эквивалентно ускорению посредством напряжения в 3 миллиарда вольт; 1 электронвольт — это энергия, которую приобретает электрон при ускорении разностью потенциалов в 1 вольт.
^ "Inside Diamond" (PDF) . Diamond Light Source. 2015. Архивировано из оригинала (PDF) 20 ноября 2018 года . Получено 5 октября 2019 года .
^ "Текущий список Diamond Beamlines". Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 года . Получено 9 августа 2011 года .
^ "Разработка и техническое резюме линии луча - Источник света на основе алмаза". www.diamond.ac.uk . Получено 5 октября 2019 г. .
^ "'Супер-область' для просмотра скрытых текстов". 13 сентября 2007 г.
^ "Diamond: Unraveling the secrets of Ancient Parchments". Архивировано из оригинала 8 августа 2011 г. Получено 9 августа 2011 г.
^ Diamond News: Рентгеновские лучи проливают свет на механизм, используемый ВИЧ для атаки на ДНК человека
^ Maertens, Goedele N.; Hare, Stephen; Cherepanov, Peter (2010). «Механизм ретровирусной интеграции из рентгеновских структур ее ключевых промежуточных продуктов». Nature . 468 (7321): 326–329. Bibcode :2010Natur.468..326M. doi :10.1038/nature09517. PMC 2999894 . PMID 21068843.
^ Diamond News: Прорыв в изучении рецептора гистамина H1 предвещает улучшение лечения аллергии
^ Шимамура, Тацуро (2011). «Структура комплекса человеческого гистаминового рецептора H1 с доксепином». Nature . 475 (7354): 65–70. doi :10.1038/nature10236. PMC 3131495 . PMID 21697825.
^ «GCRF - START: Синхротронные технологии для африканских исследований и технологий».
^ Никлин, Крис; Стредвик, Ребекка; Сьюэлл, Тревор (2 января 2022 г.). «Синхротронные методы для африканских исследований и технологий: шаг вперед в структурной биологии и энергетических материалах». Новости синхротронного излучения . 35 (1): 14–19. Bibcode : 2022SRNew..35a..14N. doi : 10.1080/08940886.2022.2043684 . ISSN 0894-0886. S2CID 247431515.
^ Diamond Light Source. "Решение проблемы загрязнения пластиком на горизонте - Diamond Light Source". www.diamond.ac.uk . Получено 5 октября 2019 г.
^ "Всемирное научное сотрудничество разрабатывает прорыв в катализе - источник света Diamond". www.diamond.ac.uk . Получено 5 октября 2019 г. .
^ «Синхротроны на передовой коронавируса». 2020. Получено 3 июля 2021 г.
↑ Лора Геггель (7 февраля 2024 г.). «Частично расшифрован свиток, обугленный при извержении Везувия, что принесло исследователям премию в размере 700 000 долларов». livescience.com . Получено 8 февраля 2024 г.
Внешние ссылки
Официальный сайт
Diamond: британский ответ Большому адронному коллайдеру Статья в Guardian, описывающая машину и ее применение
