Solaris (synchrotron)
SOLARIS – pierwszy polski synchrotron, zbudowany w Krakowie przez Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS, jednostkę pozawydziałową Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Synchrotron SOLARIS to akcelerator elektronów, oraz nowoczesne urządzenie badawcze generujące promieniowanie elektromagnetyczne od podczerwieni do promieniowania rentgenowskiego. Synchrotron przyspiesza wiązkę elektronów do energii 1,5 GeV, umożliwiając z zastosowaniem undulatora otrzymanie promieniowania synchrotronowego o energii fotonu z zakrsu miękkiego promieniowania rentgenowskiego (linia PEEM/XAS, do 2000 eV) lub dalekiego ultrafioletu (linia UARPES, 8 - 100 eV). Przeznaczone jest do badań w wielu dziedzinach nauki, m.in. w biologii, fizyce, chemii, medycynie, archeologii, historii sztuki.
Budynek, w którym znajduje się synchrotron, zlokalizowany jest na terenie Kampusu 600-lecia Odnowienia Uniwersytetu Jagiellońskiego. Sąsiaduje z podstrefą specjalnej strefy ekonomicznej zarządzanej przez Krakowski Park Technologiczny.
Nazwa synchrotronu SOLARIS pochodzi od powieści Stanisława Lema, który mieszkał i pracował w Krakowie[1].
Historia[edytuj | edytuj kod]
Starania związane z powstaniem polskiego synchrotronu rozpoczęły się w 1998 roku, gdy grono profesorów z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego i Akademii Górniczo-Hutniczej, w tym również członków Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego, wystąpiło do ówczesnego Komitetu Badań Naukowych z inicjatywą budowy synchrotronu oraz utworzenia Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego.
Formalny wniosek w sprawie budowy polskiego źródła promieniowania synchrotronowego wpłynął do Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w 2006 r.[2]. W 2009 r. Uniwersytet Jagielloński podpisał umowę o współpracy ze szwedzkim laboratorium MAX-Lab, działającym przy Uniwersytecie w Lund. Porozumienie zakładało budowę dwóch bliźniaczych ośrodków promieniowania synchrotronowego: w Polsce i w Szwecji. Projekty synchrotronów wykorzystywały rozwiązania technologiczne opracowane przez szwedzkich naukowców i inżynierów.
W kwietniu 2010 r. Uniwersytet Jagielloński podpisał umowę z Ministerstwem Nauki i Szkolnictwa Wyższego na dofinansowanie projektu „Narodowe Centrum Promieniowania Elektromagnetycznego dla celów badawczych (etap I)”. Źródłem funduszy był Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka 2007-2013[3]. Budynek, w którym mieści się synchrotron, powstał w okresie od stycznia 2012 r. do maja 2014 r. W 2014 r. zakończyły się prace instalacyjne urządzeń, m.in. elektromagnesów[4] oraz komór próżniowych[5]. W czerwcu 2015 r. zespół fizyków z SOLARIS wprowadził wiązkę elektronów do pierścienia synchrotronu i zobaczył pierwsze światło przy wyjściu do linii badawczych[6]. We wrześniu 2015 r. odbyło się uroczyste otwarcie Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS[7].
Pierwsi użytkownicy linii badawczych rozpoczęli badania w październiku 2018 r.
Budowa i działanie[edytuj | edytuj kod]
Synchrotron jest akceleratorem elekronów, jego głównymi częściami są akcelerator liniowy i pierścień akumulacyjny.
Pierwszym elementem akcelaratora jest działo elektronowe, składa się ono z katody z tlenku baru emitującej elektrony oraz wstępnego akceleratora w postaci wnęki rezonansowej formującej paczki elektronów i przyspieszającej je do energii 2,8 MeV. Tak uformowane paczki elektronów trafiają do akceleratora liniowego (liniaka) o długości 40 m, przyspiesza on elektrony do energii do 600 MeV. Liniak składa się z sześciu struktur przyspieszających, między którymi są sekcje formujące i korygujące tor wiązki elektronów. Elektrony są wstrzykiwane do pierścienia akumulacyjnego przez zespół urządzeń określanych jako linia transferowa[8].
Pierścień akumulacyjny jest głównym akceleratorem w centrum SOLARIS. Układ w postaci pierścienia składa się z 12 sekcji zakrzywiających (DBA) tor ruchu i formujących wiązkę. Każda z tych sekcji składa się z magnesów dipolowych zakrzywiających oraz kwadrupolowych i sekstupolowych ogniskujących wiązkę. Sekcje zakrzywiające przedzielone są sekcjami prostymi. W dwóch sekcjach prostych zainstalowane są urządzenia przyspieszające i formatujące wiązki. W 10 można wstawić undulatory i wiglery, tworzące promieniowanie synchrotronowe[9]. Uzyskane promieniowanie jest przesyłane do urządzeń określanych jako linie badawcze.
Parametry pierścienia akumulacyjnego SOLARIS[edytuj | edytuj kod]
Ważniejsze parametry pierścienia akumulacyjnego SOLARIS[9]:
- Obwód pierścienia: 96 m
- Energia elektronów: 1,5 GeV
- Prąd: 500 mA
- Główna częstotliwość: 99,91 MHz
- Maksymalna liczba paczek elektronowych: 32
- Emitancja horyzontalna (bez UW): 6 nm rad
- Sprzężenie: 1%
- Dostrojenie Qx, Qy: 11,22; 3,15
- Naturalna chromatyczność ξx, ξy: -22,96, -17,14
- Skorygowana chromatyczność ξx, ξy: +1, +1
- Rozmiar wiązki (centrum sekcji prostej) σx, σy: 184 μm, 13 μm
- Rozmiar wiązki (centrum dipola) σx, σy: 44 μm, 30 μm
- Liczba sekcji prostych dla urządeń: 10
- Liczba sekcji prostych technicznych: 2
- Kompakcja pędu: 3,055 x 10-3
- Całkowity czas życia elektronów: 13 h.
Linie badawcze synchrotronu SOLARIS[edytuj | edytuj kod]
Synchrotron SOLARIS rozpoczął funkcjonowanie z dwiema liniami badawczymi, w roku 2020 były już 3 linie działające [10]:
- PEEM/XAS (ang. Photoemission Electron Microscopy / X-ray Absorption Spectroscopy - fotoemisyjna mikroskopia elektronowa / rentgenowska spektroskopia absorpcyjna) – linia zoptymalizowana dla fotonów z zakresu niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, wyposażona w dwie stacje badawcze: elektronowy mikroskop fotoemisyjny (PEEM) oraz komorę XAS. Elektronowy mikroskop fotoemisyjny pozwala na obrazowanie właściwości topograficznych, chemicznych, elektronowych i strukturalnych materii. Eksperymenty w komorze XAS będą dostarczać informacji o wewnętrznej strukturze magnetycznej próbki.
- UARPES (ang. Ultra Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy – kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoelektronów) – linia dostarcza fotony w zakresie próżniowego ultrafioletu. Technika ARPES pozwala na pomiar trzech fundamentalnych dla elektronów parametrów: energii, pędu i spinu. Tym samym pozwala na pełny opis elektronowej struktury materii. Stosowana jest m.in. w badaniach nowych materiałów elektronicznych, nanostruktur, w fizyce nadprzewodników i półprzewodników.
- PHELIX: – linia wykorzystuje miękkie promieniowanie rentgenowskie wytwarzane przez undulator typu APPLE II z magnesami stałymi. Zastosowanie: w badaniach nowych materiałów (spintronika, magnetoelektronika, izolatory topologiczne) oraz cienkich warstw i wielowarstw.
Linie badawcze w budowie[edytuj | edytuj kod]
W trakcie budowy są linie[10][11]
- XMCD: – linia będzie wykorzystywać promieniowanie o zmiennej polaryzacji emitowane przez undulator EPU (ang. elliptically polarizing undulator). Zastosowanie: badania uporządkowania magnetycznego i struktury domenowej, obrazowanie chemiczne z bardzo wysoką rozdzielczością oraz spektroskopia biomolekuł.
- SOLABS: – linia spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego. Zastosowanie: do badań materiałowych, zarówno o charakterze podstawowym, jak i aplikacyjnym.
- SOLCRYS: – linia do badań strukturalnych, która będzie wykorzystywać twarde promieniowanie rentgenowskie (do 25 keV). Zastosowanie: w badaniach strukturalnych (materiały biologiczne, makromolekularne, farmaceutyczne, krystaliczne, etc.) oraz wykonywanych w ekstremalnych warunkach (wysokie ciśnienie, temperatura).
- SOLAIR: – linia badawcza mikroskopii absorpcyjnej w zakresie podczerwieni wraz z obrazowaniem. Zastosowanie: w biomedycynie, nanotechnologii, naukach o środowisku i wielu innych dziedzinach. Planowane badania umożliwią między innymi ukierunkowanie syntezy potencjalnych leków i ich projektowanie.
- POLYX: – linia badawcza będzie umożliwiać wysokorozdzielcze multimodalne obrazowanie w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego. Zastosowanie: testowanie nowych rozwiązań dotyczących optyki rentgenowskiej i detektorów.
- STXM: – stacja badawcza skaningowej transmisyjnej mikroskopii rentgenowskiej będzie stanowić element gałęzi linii badawczej XMCD. Zastosowanie: analiza chemiczna w nanoskali poprzez kombinację spektrometrii absorpcji promieniowania rentgenowskiego i mikroskopii.
Docelowo na hali eksperymentalnej synchrotronu SOLARIS znajdzie się kilkanaście linii badawczych. Łącznie będą one wyposażone w około trzydzieści stanowisk pomiarowych.

Parametry budynku[edytuj | edytuj kod]
- Powierzchnia budynku – 8000m2
- Powierzchnia hali wraz z pierścieniem – 3000 m²
- Wysokość całego budynku – 19,7 m
- Wysokość budynku nad powierzchnią ziemi – 12,5 m
- Hala – 3,2 m poniżej poziomu terenu
- Tunel liniaka oraz tunel technologiczny – 7,7 m poniżej poziomu terenu
- Tunel liniaka – długość 110 m, szerokość 4,15 m
- Tunel technologiczny – długość 110 m, szerokość 5,20 m.
Badania[edytuj | edytuj kod]
Dostęp do SOLARIS jest bezpłatny dla naukowców prowadzących badania niekomercyjne[12]. Dla użytkowników synchrotronu powstał specjalny portal DUO (Digital User Office), przez który mogą składać wnioski o badania[13]. Możliwe są także badania komercyjne[14].
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ Cyclotron and Solaris | WelcomeTo.pl - CRACOW & MAŁOPOLSKA : Welcome to, Welcome to Krakow, Krakow, Cracow, Welcome to Poland, Chinese, French, Spanish, Italian, Russian, Ukrainian, Science in Cracow, Smaki Podhala, Podkarpackie, The Bieszczady, Zakopane [dostęp 2019-08-05] (pol.).
- ↑ Aktualizacja projektu utworzenia Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego, E. A. Gőrlich, K. Królas, K. Tomala, maj 2008
- ↑ Projekty - Mapa Dotacji UE, www.mapadotacji.gov.pl [dostęp 2016-02-11] .
- ↑ Aktualności - Centrum Promieniowania Synchrotronowego, www.synchrotron.uj.edu.pl [dostęp 2016-02-11] .
- ↑ Aktualności - Centrum Promieniowania Synchrotronowego, www.synchrotron.uj.edu.pl [dostęp 2016-02-11] .
- ↑ Aktualności - Centrum Promieniowania Synchrotronowego, www.synchrotron.uj.edu.pl [dostęp 2016-02-11] .
- ↑ Inauguracja Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego Solaris w Krakowie | Aktualności o polskiej nauce, badaniach, wydarzeniach, polskich uczelniach i instytutach badawczych, naukawpolsce.pap.pl [dostęp 2016-02-11] .
- ↑ Akcelerator liniowy. [dostęp 2019-07-30].
- ↑ a b Pierścień akumulacyjny. [dostęp 2019-07-30].
- ↑ a b Linie badawcze - Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS - Uniwersytet Jagielloński, synchrotron.uj.edu.pl [dostęp 2019-07-29] .
- ↑ a b ulotka - https://synchrotron.uj.edu.pl/documents/1457771/138325834/ulotkaA4.pdf/cdb4e49e-ba5f-464b-a1c3-90decc95a4e9, 29 lipca 2019 .
- ↑ Nabory wniosków - Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS - Uniwersytet Jagielloński, synchrotron.uj.edu.pl [dostęp 2019-07-29] .
- ↑ SOLARIS - login page, www.solaris-duo.edu.pl [dostęp 2019-07-29] .
- ↑ Nasze usługi - Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS - Uniwersytet Jagielloński, synchrotron.uj.edu.pl [dostęp 2019-07-29] .