De två nya strållinjerna kommer att konstrueras som en del av en omfattande uppgradering av APS, förbättra sin kapacitet och behålla sin status som en världsledande anläggning för röntgenvetenskap.

I en socialt distanserad ceremoni i morse vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory, ledare från DOE, Argonne och University of Chicago slog mark på framtiden för röntgenvetenskap i USA.

Dagens lilla sammankomst markerade byggstarten på Long Beamline Building, en ny experimenthall som kommer att inrymma två nya strållinjer som kommer att transportera de ultraljusa röntgenstrålar som genereras av Advanced Photon Source (APS) till avancerade vetenskapliga instrument. Den kommer att byggas som en del av uppgraderingen av APS för 815 miljoner USD, en DOE Office of Science User Facility och en av de mest produktiva ljuskällorna i världen. APS, som i huvudsak är ett röntgenmikroskop i stadionstorlek, lockar mer än 5, 000 forskare från hela världen för att bedriva forskning varje år inom många områden från kemi till biovetenskap till materialvetenskap till geologi.

"Uppgraderingen av APS är inte bara ett spännande vetenskapligt projekt, men det är avgörande för att säkerställa att Argonne och USA förblir världsledande inom röntgenvetenskap, " sa DOE undersekreterare för vetenskap Paul Dabbar, som deltog i dagens ceremoni. "En uppgraderad APS, inklusive dessa två längre strållinjer, kommer att leda till nya innovationer inom energieffektivitet, mer hållbara material och fler verktyg för att bekämpa viruspandemier."

 APS uppgraderingen kommer att ersätta den redan kraftfulla elektronlagringsringen i hjärtat av anläggningen med ett toppmodernt magnetgittersystem som kommer att öka ljusstyrkan hos de röntgenstrålar som genereras med upp till 500 ggr. Som en del av detta projekt, nio nya strållinjer kommer att byggas runt den befintliga lagringsringen för att underlätta en mängd olika forskningsmål; Long Beamline Building kommer att vara värd för två av dem.

"APS-uppgraderingen är en hörnsten i Argonnes framtid, " sa Argonne-direktören Paul Kearns. "I kombination med andra unika resurser som Argonnes superdatorer, de nya strållinjerna vid den uppgraderade APS gör det möjligt att bedriva vetenskap i en skala som man tidigare trodde var omöjlig, möjliggör större inverkan från genombrott inom vården, tillverkning, nationell säkerhet, transport och energi."

Som namnet antyder, strållinjerna i Long Beamline Building kommer att vara ungefär tre gånger längre än de som för närvarande finns vid APS, skicka fotoner längre från källan för att nå proverna som analyseras. Detta avstånd möjliggör mer fokuserade röntgenstrålar, tillåta forskare att titta på något så litet som den finaste strukturen inuti även det mest kompakta datorchipet, i realtid.

De nya anläggningarna kommer också att ha större kapacitet för in situ-avbildning, vilket betyder att observera prover när forskare förändrar miljön runt dem. Detta kommer att möjliggöra exakt mätning av temperaturens påverkan, tryck och andra faktorer på avancerade material, ett viktigt steg mot att skapa nästa generations komponenter för allt från flygmotorer till solceller.

"Vårt mål är att skapa den mest avancerade och heltäckande anläggningen vi kan för forskare från hela USA och runt om i världen som använder APS, sa Robert Hettel, projektledare för APS uppgraderingen. "Dessa förbättringar kommer att vara en spelförändring för anläggningen, och för röntgenvetenskapen som helhet."

Long Beamline Building kommer att inrymma:

• In Situ Nanoprobe (ISN): Den här 250-meters (820-fot) strållinjen är speciellt utformad för snävt fokuserad in-situ-avbildning. Dess stråle kan fokusera ner till 20 nanometer, och det ger tillräckligt med utrymme mellan optiken och provet för att förändra provets miljö (genom temperatur, tryck och andra metoder) och spåra effekten av dessa förändringar med extremt fin upplösning. En tillämpning av ISN skulle vara mer exakt förståelse av elektrokemiska reaktioner inuti batterier, vilket förväntas leda till genombrott för att förlänga batteritiden.
• Högenergiröntgenmikroskopet (HEXM): Designad för röntgenstrålar med högre energi som kan tränga in i tätare material, denna 180-meters (590 fot) strållinje kombinerar den energin med större fokuseringsförmåga. Detta kommer att göra det möjligt för forskare att mer exakt kartlägga materialsammansättningar, och HEXM:s potential för in situ-mätningar kommer att göra det till en målstrålning för materialvetenskap och ingenjörsapplikationer. En tillämpning skulle vara att testa flygplansmotorblad under stress, för att se var det bildas sprickor i materialen de är gjorda av och lära sig att förebygga dem.

Dagens ceremoni inledde symboliskt byggfasen av Long Beamline Building, den enda externt synliga delen av APS uppgraderingen.

"University of Chicago är stolta över sitt långa samarbete med Argonne och APS, sa Juan de Pablo, Vicepresident för National Laboratories vid University of Chicago, som deltog i dagens ceremoni. "Vi ser fram emot många fler år av livsviktiga, världsförändrande forskning vid den uppgraderade anläggningen."

Byggstart är planerad till hösten med ett föreslaget slutdatum i mitten av 2022 för Long Beamline Building. Första ljuset för APS uppgraderingen väntas i slutet av 2023.

"APS-uppgraderingen kommer att förändras, sade Stephen Streiffer, Argonnes biträdande laboratoriechef för vetenskap och teknik och chef för APS. "För användare av APS, det blir som skillnaden mellan att gå och flyga ett jetflygplan. Det kommer att revolutionera vår förmåga att utforska vetenskapens gränser och horisonter, och Long Beamline Building kommer att tillåta oss att dra full nytta av uppgraderingens möjligheter."