I dag, det amerikanska energidepartementets Thomas Jefferson National Accelerator Facility har skickat den sista nya delen av acceleratorn som den har byggt för en uppgradering av Linac Coherent Light Source (LCLS). Sektionen av accelerator, kallas en kryomodul, har påbörjat en längdresa till DOE:s SLAC National Accelerator Laboratory, där den kommer att installeras i LCLS-II, världens ljusaste röntgenlaser.

"Detta är kulmen på sju års arbete, sa Naeem Huque, kostnadskontochefen som ledde kryomodulsatsningarna på Jefferson Lab. "Många av personalen i Jefferson Labs Superconducting Radiofrequency Institute kom in direkt från starten av projektet, och de är fortfarande här och ser det. Vi är glada att se detta projekt avslutas framgångsrikt."

LCLS-II är ett projekt för att uppgradera den befintliga Linac Coherent Light Source (LCLS), världens första röntgenfria elektronlaser. Röntgenpulserna som genereras av maskinen fungerar som ett kraftfullt mikroskop, gör det möjligt för forskare att se kemiska reaktioner i realtid, sondmaterial och mer. När det är klart, LCLS-II kommer att börja sin regeringstid som den största och ljusaste röntgenfria elektronlasern i världen.

LCLS-II kommer att ge ännu bättre upplösning än den ursprungliga LCLS, som accelererade elektroner vid rumstemperatur och genererade 120 röntgenlaserpulser per sekund. Den uppgraderade maskinen kommer att accelerera elektroner vid supraledande temperaturer för att generera 1 miljon röntgenlaserpulser per sekund. Jefferson Lab är en viktig bidragsgivare till uppgraderingsprojektet, tillhandahåller totalt 21 kryomoduler för den nya supraledande delen av LCLS-II sedan arbetet påbörjades 2013.

Den supraledande acceleratorn som kommer att driva den uppgraderade maskinen består av kryomoduler. Elektroner glider igenom kryomodulerna, där de laddas upp med extra energi. Sedan, magneter gör att elektronerna sicksackar för att avge sin energi som röntgenstrålar. Den uppgraderade LCLS kommer att ståta med 37 kryomoduler totalt. Av dem, 18 är från Jefferson Lab (plus tre reservdelar), och resten kommer från Fermilab, ytterligare en viktig bidragsgivare.

"LCLS-II-kryomodulerna är de högst presterande kryomodulerna som någon någonsin har byggt, " sa Joe Preble, senior teamledare för LCLS-II-projektet vid Jefferson Lab. "Vi flyttade ut prestandagränsen för den här typen av teknik och förvandlade den till en vanlig, nyckelfärdig process."

Jefferson Lab är världsledande inom supraledande radiofrekvensacceleratorteknik och är hem för den första storskaliga SRF-acceleratorn. Eftersom teamet på Jefferson Lab bidrog till utformningen av, byggd, testade och skickade dessa rekordstora kryomoduler för LCLS-II, de stötte på oöverträffade utmaningar för att pressa kryomodulteknologins prestanda.

"Dessa mycket högpresterande kryomoduler är känsliga för saker som vi aldrig behövt oroa oss för tidigare, som våra monteringsprocedurer, hur vi behandlar material, hur vi bygger saker, " sa Preble.

Jefferson Lab modifierade sina anläggningar för att rymma kryomodulerna, som hade en annan form och storlek än de som kom innan. Jefferson Labs personal kom på ett nytt sätt att skicka de färdiga kryomodulerna, efter att några gick sönder under transporten.

"Vi utforskade många olika alternativ, allt från att hyra ett NASA-flygplan för att ta över det där, att försöka skicka den med tåg eller fartyg, " förklarade Huque.

I slutet, de lyckades förbättra säkerheten utan att dra av kryomodulerna från vägen. Att sitta i en bädd av fjädrar för att förhindra skador från att stöta, Jefferson Labs nysända kryomodul kommer att resa nästan 3, 000 miles till sitt hem i linjäracceleratorn LCLS-II i Menlo Park, Kalifornien, under 72 timmar.

Dock, Jefferson Labs arbete med att förbättra LCLS är sannolikt ännu inte gjort. En annan uppgradering av den här acceleratorn kan vara i horisonten:LCLS-II HE (High Energy). Om det projektet får grönt ljus, Jefferson Lab kommer att bygga mellan 10 och 13 fler kryomoduler med en nyare procedur. Det förväntas att dessa kryomoduler kommer att ha ännu bättre prestanda än de 21 de precis avslutade.

"Jag tror att det är ett av de största tecknen på att vi har gjort det riktigt bra, är att något som redan var ambitiöst nu drivs ännu längre, " sa Huque. HE-uppgraderingen, vilket är kulmen på arbete av personal på både Jefferson lab och Fermilab, kommer att dramatiskt öka prestandakapaciteten hos LCLS-II."

Tills vidare, denna betydelsefulla slutleverans avslutar boken om Jefferson Labs del i leveransen av nya kryomoduler för LCLS-II medan FoU och prototyper för HE redan pågår. Dess slutsats kommer tack vare hjälp från många.

"Från inköpspersonal till ingenjörer, forskarna, teknikerna, och administratörerna, det har tagit alla att arbeta tillsammans över laboratorier för att få detta gjort, " Preble sa. "Det är en stor framgång och demonstration av hur DOE behöver fortsätta att arbeta med att bygga dessa nya stora projekt."