Visitando as instalações CXFEL da ASU: X

No Biodesign Institute da ASU, no prédio C, há um modelo impresso em 3D de uma máquina no porão. Sinais ao redor do modelo dizem "frágil" e "não toque". Mas Mark Holl pega um pedaço de qualquer maneira, porque ele mesmo o fez.

O dispositivo é chamado de fonte de luz de raios X compacta. O CXLS é um protótipo e ainda estão sendo feitos experimentos para garantir sua estabilidade e aperfeiçoar um modelo diferente, o compacto laser de elétrons livres de raios-X.

Holl liderou a equipe que projetou as instalações habitacionais do CXLS e agora é o engenheiro-chefe do projeto CXFEL na ASU. O objetivo do laboratório é realizar experimentos em amostras microscópicas e dinâmicas, resultando em imagens em movimento no nível atômico.

Atingiu um marco importante em fevereiro, quando os cientistas geraram os primeiros raios-X. Apenas um mês depois, o projeto recebeu um prêmio de pesquisa de $ 90,8 milhões da National Science Foundation, o maior prêmio de pesquisa da NSF na história da ASU.

Antes de descer as escadas para ver o aparelho, Holl explica como ele funciona usando o modelo. Ele pega o fotoinjetor, a peça amarela na cabeça do modelo, e começa a demonstrar.

Um modelo da fonte compacta de luz de raios X é retratado no Biodesign Institute no edifício C na terça-feira, 28 de março de 2023.

"O que acontece é que o laser, ou laser UV, entra e atinge o fotocátodo, uma superfície de cobre", disse ele. "Existe algo chamado efeito fotoelétrico, Einstein ganhou um Prêmio Nobel por isso, e se você acertar com um feixe de UV - sopro - vem uma explosão de elétrons."

Os elétrons são então capturados em um campo elétrico com nada além de um vácuo para retardá-los e são acelerados perto da velocidade da luz. Os elétrons viajam através de uma série de ímãs que orientam e direcionam o feixe para o ponto de interação.

A densidade de energia do feixe de elétrons deve ser reduzida antes de ser dobrado e jogado fora.

"Quando esses elétrons estão se curvando, cruzamos em um ponto de tangência ao arco. Onde quer que os elétrons estejam indo quando cruzamos o feixe de laser, vêm os raios-X e eles vão na tangente ao feixe de elétrons direção", disse Holl."Retiramos esses pulsos de raios-X, e os pulsos de raios-X são muito especiais, muito puros e muito curtos. Quando são muito curtos, os raios-X podem entrar em uma amostra e desaparecer."

Os elétrons são então colocados em um lixão e os raios X são enviados para formar imagens das moléculas no experimento que está sendo realizado. Enquanto isso, a radiação produzida durante o experimento é contida no cofre, graças a uma fundação de concreto de quase dois metros e uma gaiola de Faraday embutida.

Em uma reunião em 14 de março com a State Press, o presidente da ASU, Michael Crow, disse que o instrumento é "mais uma evidência da competitividade (da Universidade). Essa concessão (da NSF) teve que ser votada pelo National Science Board".

“Já tínhamos investido R$ 80 milhões no projeto, incluindo salas especiais que deveriam ser construídas ali”, disse. “Se você for até lá, as paredes têm cerca de um metro de espessura e estão cheias de chumbo porque você não pode deixar aqueles lasers passarem pela porta do núcleo do planeta e então, você sabe, Thor vem Fora de lá."

Holl nos leva por um longo lance de escadas até o andar que abriga os laboratórios CXFEL. É um feito único que pode passar despercebido se você não estiver familiarizado com a tecnologia de fonte de luz de raios-X. Sistemas semelhantes em outros locais são construídos a cerca de 30 pés de profundidade e percorrem quilômetros. O CXLS ocupa cerca de 5.000 a 6.000 pés quadrados, em comparação.

O CXLS e o modelo posterior, o CXFEL, não substituirão os lasers de raios X maiores. Em vez disso, eles expandirão a imagem da fonte de luz para um novo nicho, dando aos pesquisadores imagens dinâmicas mais claras de amostras microscópicas do que nunca.

Uma parte da fonte compacta de luz de raios X é retratada no Biodesign Institute no prédio C na terça-feira, 28 de março de 2023.

A primeira sala que Holl nos mostra é a sala de controle Hutch 1, onde William Graves, o cientista-chefe do projeto, e os alunos estão executando e testando a estabilidade da viga. Para fazer isso, os vários monitores da sala são dedicados a feeds de dados ao vivo e painéis de controle.