XPP, das Röntgen-Pump-Probe-Instrument an der Linac Coherent Light Source (LCLS), ist nach einem kompletten Umbau wieder online und heißt Forscher willkommen. Durch die Überholung ist XPP auf die deutliche Steigerung der Röntgenleistung vorbereitet, die durch die laufende Hochenergie-Upgrade auf LCLS im SLAC National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums erwartet wird. LCLS ist eine bahnbrechende röntgenfreie-Elektronenlaseranlage, die von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt genutzt wird, um ultraschnelle Schnappschüsse natürlicher Prozesse zu erfassen.
„Die termin- und budgetgerechte Fertigstellung des XPP-Umbaus ist ein wichtiger Meilenstein für die Hochenergie-Upgrade-Bemühungen und wir freuen uns, dass das Instrument wieder zur Unterstützung von Forschern aus der ganzen Welt zur Verfügung steht“, sagte John Hogan, Projektleiter für die LCLS-Hochenergie-Upgrade. „Dies war eine enorme Teamleistung, an der Partner aus den Ingenieurs-, Wissenschafts- und Projektteams von SLAC beteiligt waren.“
Seit seinem Debüt im Jahr 2010 hat XPP bahnbrechende Forschung in den gesamten Materialwissenschaften-von der Quanteninformationsspeicherung bis zur Materialdynamik über Zeitskalen hinweg-sowie Studien in Chemie, Physik und Biowissenschaften ermöglicht. Forscher haben XPP genutzt, um bahnbrechende Röntgenoptiktechnologien zu entwickeln, darunter resonatorbasierte Röntgenoszillatoren, die zukünftige röntgenfreie-Elektronenlaseranlagen prägen.
Der jüngste, einjährige Umbau bereitete XPP auf das bevorstehende Hochenergie-Upgrade auf LCLS vor, das im Jahr 2025 begann und etwa zwei Jahre dauern wird. Nach dem Upgrade wird LCLS hochenergetische Röntgenstrahlen mit Wiederholungsraten von bis zu einer Million Impulsen pro Sekunde erzeugen, wodurch XPP mehr Daten sammeln, eine höhere räumliche Auflösung erreichen und ein breiteres Spektrum an Experimenten unterstützen kann.
„Im Jahr 2010 war XPP das erste Instrument der Welt, das harte Röntgenstrahlen eines freien Röntgen--Elektronenlasers nutzte“, sagte Takahiro Sato, Leiter des XPP-Instruments. „Es ist ein Instrument, mit dem wir neue experimentelle Werkzeuge und Techniken entwickelt und ultraschnelle Wissenschaft präsentiert haben. Mit diesem Upgrade ermöglichen wir es ihm, auf diesem Gebiet an der Spitze zu bleiben.“
Um XPP auf den starken Anstieg der Photonen, die höheren Energien und die damit verbundene Wärmebelastung vorzubereiten, zerlegten die Teams das gesamte Instrument, entfernten alte Komponenten und bauten das Instrument mit neuen und überholten Teilen wieder zusammen.
Eine wichtige Ergänzung ist ein Large Offset Double Crystal Monochromator, der mit flüssigem Stickstoff auf etwa -260 °F kryo-gekühlt wird, um erhöhte Wärmebelastungen zu bewältigen und Temperaturschwankungen während der Experimente zu minimieren.
Das Team hat auch das Multiplexsystem aktualisiert, das den LCLS-Röntgenstrahl-in zwei Teile aufteilen kann-einen Strom zum XPP leiten und einen anderen stromabwärts zu anderen Instrumenten senden-so dass mehrere Experimente gleichzeitig durchgeführt werden können. Das neue Multiplexsystem ersetzt das alte und ist zuverlässiger und stabiler.
„Dieser groß angelegte Umbau-fand innerhalb einer Betriebsanlage statt und ich bin stolz darauf, wie unser Team daran gearbeitet hat, sorgfältig Zeitpläne zu erstellen und sich mit anderen Teams abzustimmen, um dies zu ermöglichen“, sagte Rebecca Armenta, leitende Ingenieurin für den XPP-Umbau.
XPP kehrt in diesem Frühjahr zum Normalbetrieb zurück und wird einen erheblichen Leistungsschub erleben, wenn der Hochenergiestrahl gegen Ende 2027 ans Netz geht.
Das Team wird während der geplanten Ausfallzeiten in diesem Jahr ausgewählte Upgrades fortsetzen, einschließlich des Austauschs der vorhandenen Strahleindämmungssysteme durch Versionen, die mit höheren Energien kompatibel sind, und der Aufrüstung des optischen Pumplasers durch ein neues System, das für das aufgerüstete LCLS entwickelt wurde.
„Es gibt noch viel zu tun, aber es ist toll zu sehen, dass das Instrument wieder für Benutzer im Einsatz ist“, sagte Diling Zhu, leitender Instrumentenwissenschaftler für die LCLS-Hochenergie-Upgrades und stellvertretender Abteilungsleiter der LCLS-Abteilung für Wissenschaft, Forschung und Entwicklung. „Wir haben Mitarbeiter aus der ganzen Welt, die sehnsüchtig darauf gewartet haben, dass XPP wieder online geht, und wir freuen uns, sie wieder willkommen zu heißen.“
