XPP, het X-ray Pump Probe-instrument bij de Linac Coherent Light Source (LCLS), is weer online en verwelkomt onderzoekers na een volledige herbouw. De revisie heeft XPP klaargemaakt voor de aanzienlijke toename van de röntgenstraling die wordt verwacht van de voortdurende upgrade naar LCLS met hoge energie in het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy. LCLS is een baanbrekende X-ray-vrije-elektronenlaserfaciliteit die door wetenschappers over de hele wereld wordt gebruikt om ultrasnelle momentopnamen van natuurlijke processen vast te leggen.
"Het voltooien van de XPP-herbouw op-tijd en binnen-budget is een belangrijke mijlpaal voor de hoge-energie-upgrade-inspanningen, en we zijn blij dat het instrument weer onderzoekers van over de hele wereld kan ondersteunen", zegt John Hogan, projectdirecteur voor de LCLS-upgrade met hoog-energie. "Dit was een enorme teaminspanning, waarbij partners uit de engineering-, wetenschaps- en projectteams van SLAC betrokken waren."
Sinds het debuut in 2010 heeft XPP baanbrekend onderzoek in de materiaalkunde mogelijk gemaakt-van de opslag van kwantuminformatie tot materiaaldynamica over tijdschalen-en ook studies in de scheikunde, natuurkunde en biowetenschappen. Onderzoekers hebben XPP gebruikt om baanbrekende röntgenoptische technologieën te ontwikkelen, waaronder holte-gebaseerde röntgen-oscillatoren die toekomstige röntgen-stralingsvrije-elektronenlasers vormgeven.
De recente, een jaar-lange verbouwing bereidde XPP voor op de komende- energiezuinige upgrade naar LCLS, die in 2025 begon en ongeveer twee jaar in beslag zal nemen. Na de upgrade zal LCLS hoog-energetische röntgen-straling produceren met herhalingssnelheden tot een miljoen pulsen per seconde, waardoor XPP meer gegevens kan verzamelen, een hogere ruimtelijke resolutie kan bereiken en een breder scala aan experimenten kan ondersteunen.
"In 2010 werd XPP het eerste instrument ter wereld dat gebruik maakte van harde röntgen-stralen van een röntgen-straalvrije- elektronenlaser", zegt Takahiro Sato, instrumentleider bij XPP. "Het is een instrument dat we hebben gebruikt om nieuwe experimentele hulpmiddelen en technieken te ontwikkelen en om ultrasnelle wetenschap onder de aandacht te brengen. Met deze upgrade zorgen we ervoor dat het in de voorhoede van dit veld kan blijven."
Om XPP klaar te maken voor de grote toename van fotonen, hogere energieën en de daarmee samenhangende hittebelastingen, hebben teams het hele instrument uitgekleed, verouderde componenten verwijderd en het instrument opnieuw opgebouwd met nieuwe en gereviseerde onderdelen.
Een belangrijke toevoeging is een Large Offset Double Crystal Monochromator, die cryo-gekoeld zal worden met vloeibare stikstof tot ongeveer -260 graden F om de verhoogde hittebelasting aan te kunnen en temperatuurschommelingen tijdens experimenten te minimaliseren.
Het team heeft ook het multiplexsysteem geüpgraded, dat de LCLS-röntgenbundel-in tweeën kan splitsen-waarbij de ene stroom naar XPP wordt geleid en een andere stroomafwaarts naar andere instrumenten wordt gestuurd-zodat er meerdere experimenten tegelijk kunnen worden uitgevoerd. Het nieuwe multiplexsysteem vervangt het oude en is betrouwbaarder en stabieler.
"Deze grootschalige- herbouw vond plaats binnen een operationele faciliteit, en ik ben er trots op hoe ons team heeft gewerkt aan zorgvuldige tijdschema's en met andere teams heeft samengewerkt om dit mogelijk te maken", aldus Rebecca Armenta, hoofdingenieur voor de XPP-herbouw.
XPP keert dit voorjaar terug naar de normale werking en zal een grote capaciteitsverbetering ondergaan wanneer de hoge-energiebundel tegen het einde van 2027 online komt.
Het team zal tijdens geplande stilstandtijden dit jaar doorgaan met geselecteerde upgrades, waaronder het vervangen van de bestaande straalbeheersingssystemen door versies die compatibel zijn met hogere energieën en het upgraden van de optische pomplaser met een nieuw systeem dat is ontworpen voor de geüpgradede LCLS.
"Er is nog werk aan de winkel, maar het is geweldig om te zien dat het instrument weer in gebruik is voor gebruikers", zegt Diling Zhu, een hoofdinstrumentwetenschapper voor de LCLS high- upgrade en adjunct-divisiedirecteur van de LCLS Science, Research and Development Division. "We hebben medewerkers van over de hele wereld die met spanning hebben gewacht tot XPP weer online komt, en we zijn blij ze weer te mogen verwelkomen."
