מקור פוטון מתקדם של ארגון מאיץ מחקר ביולוגי וסביבתי

כדור הארץ הוא מערכת אקולוגית מורכבת, ומקומנו בו תלוי בגורמים רבים ושונים. החל מבריאות הקרקע ועד איכות האוויר ועד להתנהגותם של צמחים ומיקרואורגניזמים, הבנת עולמנו הטבעי ותושביו האחרים היא קריטית להישרדותנו. ככל שהאקלים ממשיך להשתנות, לימוד הסביבה וצורות החיים המגוונות שלה רק יהפוך לחשוב יותר.
באוקטובר 2023, מקור הפוטונים המתקדם (APS), מתקן משתמשים במשרד המדע במעבדה הלאומית ארגון של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE), ישיק רשמית תוכנית חדשה להרחבת יכולות המחקר והניתוח הביולוגי והסביבתי במעבדות המובילות בעולם. תחום קרני הרנטגן. חברה בשם eBERlight קיבלה לאחרונה אישור מתוכנית המחקר הביולוגי והסביבתי (BER) של משרד האנרגיה האמריקאי. המטרה היא לחבר חוקרים המבצעים ניסויים במשימת BER עם משאבי מדעי קרני הרנטגן המובילים בעולם של APS. על ידי הרחבת הגישה ליכולות המגוונות של APS, הוגי eBERlight מקווים לגלות שיטות מדעיות חדשות ולמשוך צוותי חוקרים בין-תחומיים חדשים כדי לחקור נקודות מבט חדשות על העולם בו אנו חיים.
"זוהי הזדמנות ליצור משהו חדש שלא היה קיים ב-APS בעבר", אמרה קרוליין מיכלסקה, קריסטליסטית חלבונים מהמעבדה הלאומית של ארגון, המובילה את העבודה על eBERlight. â�<“我们正在扩大准入范围，以适应更多的生物和环境研究，并且由于该计划是如此新，因此将使用该设施的科学家正在帮助我们开发它。” â�<“我们正在扩大准入范围，以适应更多的生物和环境研究，并且由于该计划是如此新，因""אנו מרחיבים את הגישה כדי לאפשר מחקר ביולוגי וסביבתי נוסף, ומכיוון שהתוכנית כל כך חדשה, המדענים שישתמשו במתקן עוזרים לנו לפתח אותה."
מאז הקמתה בשנות ה-90, APS הייתה מובילה בתחום ה"קריסטלוגרפיה המקרומולקולרית" במחקר ביולוגי. מדענים משתמשים בטכנולוגיה זו כדי ללמוד עוד על מחלות זיהומיות ווירוסים כדי להניח את היסודות לחיסונים וטיפולים. APS שואפת כעת להרחיב את הצלחתה לתחומים אחרים של מדעי החיים והסביבה.
אחת הבעיות עם הרחבה זו היא שמדענים ביולוגיים וסביבתיים רבים אינם מודעים ליכולות של ה-APS לסייע להם לקדם את מחקרם ואינם מכירים את תהליך הפקת קרני רנטגן בהירות של עצם. באופן דומה, מדענים רבים אינם יודעים איזו מבין תחנות הניסוי הרבות של ה-APS, הנקראות קווי קרן, היא הבחירה הטובה ביותר לניסויים שלהם, מכיוון שכל תחנה מותאמת למדע וטכנולוגיה ספציפיים.
מיכלסקה אמרה שכאן נכנס לתמונה eBERlight. היא תיארה אותו כמערכת אקולוגית וירטואלית שנועדה לחבר מדענים עם הטכנולוגיות הנכונות בנתיב הנכון של APS. החוקרים יציגו הצעות לצוות eBERlight שיסייע להתאים את התכנון הניסויי לערוץ הנכון לביצוע המחקר המוצע. היא אמרה שמגוון היכולות של APS פירושו של-eBERlight יכולה להיות השפעה על פני תחומים מרובים של ביולוגיה ומדעי הסביבה.
"אנחנו בוחנים מה חוקרים ב-BER וכיצד נוכל להשלים את המחקר הזה", אמרה. â�<“其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器. â�<“其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器."חלק מהחוקרים הללו מעולם לא השתמשו בסינכרוטרון כמו APS."הם לומדים אילו כלים זמינים ואילו שאלות מדעיות ניתן לטפל בהן ב-APS שלא ניתן לטפל בהן במקומות אחרים.
"זוהי הזדמנות לבנות משהו חדש שלא היה קיים ב-APS בעבר. אנו מרחיבים את היקף המחקר הביולוגי והסביבתי, ומכיוון שמדובר במחקר חדש, המדענים שישתמשו במתקן עוזרים לנו לפתח את הפרויקט." — קרוליין מיכלסקה, המעבדה הלאומית ארגון
באשר למדע הספציפי ש-eBERlight יקדם, אמרה מיכלסקה שהוא יכלול הכל, החל ממחקר קרקע ועד גידול צמחים, היווצרות עננים ודלקים ביולוגיים. סטפן ווגט, סגן מנהל חטיבת מדעי הרנטגן של APS, הוסיף את מחזור המים לרשימה, וציין כי מידע זה קריטי להבנה טובה יותר של תנאי האקלים המשתנים.
"אנחנו חוקרים שאלות הקשורות למדעי האקלים, ואנחנו צריכים להמשיך ללמוד אותן", אמר ווגט. â�<“我们需要了解如何应对气候变化对环境的深远影响。” â�<“我们需要了解如何应对气候变化对环境的深远影响。”"אנחנו צריכים להבין כיצד להילחם בהשלכות האקולוגיות העמוקות של שינויי האקלים."
בעוד ש-eBERlight הושק רשמית באוקטובר, APS תישאר בהפסקה של שנה כחלק משדרוג מקיף של המתקן. במהלך תקופה זו, הצוות יעבוד על מחקר ופיתוח מערכת דגימה ביולוגית וסביבתית, פיתוח מאגרי מידע וביצוע הסברה לתוכנית.
כאשר APS יחזור לפעול שוב בשנת 2024, יכולותיו יורחבו משמעותית. צוות eBERlight ייכנס להסכמים ארוכי טווח עם 13 ערוצי APS המייצגים מגוון רחב של טכנולוגיות. מדענים העובדים דרך eBERlight יוכלו גם לגשת למשאבי Argonne, כגון מתקן המחשוב Argonne, שם ממוקמים מחשבי העל ומחשבי העל המעבדתיים של משרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי, והמרכז לאפיון חלבונים מתקדם, שם חלבונים מתגבשים ומוכנים לניתוח.
ככל שהתוכנית תתפתח, היא תמנף קשרים עם מתקני משתמשים אחרים של משרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי, כגון המעבדה למדעי המולקולות הסביבתיים של המעבדה הלאומית של צפון מערב האוקיינוס ​​השקט ומכון הגנום המשותף במעבדה הלאומית לורנס ברקלי.
"דרוש כפר שלם כדי לגדל ילד, אבל דרוש כפר גדול עוד יותר כדי לפתור בעיה מדעית", אמר הפיזיקאי מארגון, זואו פינפרוק, חבר בצוות eBERlight. â�<“我喜欢eBERlight的多面性，因为它致力于建立一个综合平台，促进跨生物、地球和环瑢碃系 â�<“我喜欢eBERlight的多面性，因为它致力于建立一个综合平台，促进跨生物、地球和环瑢碃系"אני אוהב את האופי הרב-גוני של eBERlight, שכן הוא שואף ליצור פלטפורמה משולבת המקדמת מחקר מדעי במערכות ביולוגיות, יבשתיות ואקולוגיות."זה נשמע פשוט, אבל ההיקף וההשפעה הפוטנציאלית הם עצומים."
הרעיון ל-eBERlight התפתח במשך שנים, לדברי קן קמנר, פיזיקאי בכיר וראש קבוצה במעבדה הלאומית ארגון. קמנר עבד ב-APS במשך 27 שנות המעבדה, שאת רובן הקדיש לחיבור חוקרי סביבה למשאבי המוסד. כעת eBERlight ימשיך את העבודה הזו בקנה מידה גדול יותר, הוא אמר. הוא מצפה לראות אילו פריצות דרך חדשות ייעשו באמצעות מחקר על גזי חממה, מערכות אקולוגיות של ביצות, והאינטראקציות של צמחים ומיקרואורגניזמים עם אדמה ומשקעים.
המפתח להצלחתה של eBERlight, לדברי קמנר, הוא הכשרת מדעני סינכרוטרון, כמו גם מדענים ביולוגיים וסביבתיים.
"צריך להכשיר רדיולוגים כדי להבין טוב יותר בעיות של מדעי הסביבה ולהתאים טכנולוגיה כדי לפתור טוב יותר בעיות מחקר סביבתי", הוא אמר. â�<“您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么倇色 â�<“您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么倇色"צריך גם לחנך מדעני סביבה לגבי כמה טובים מקורות אור בפתרון בעיות אלה."זה נעשה על מנת להפחית את המחסומים למשיכתם."
לורן שאפון, סגן מנהל מעבדת מדעי הפוטון ומנהל APS, אמר כי התוכנית החדשה משמעותה דמוקרטיזציה של הגישה ל-APS וליכולותיה.
"תוכנית זו שולחת מסר חשוב לפיו APS הוא משאב קריטי לאומה, המסוגל לפתח תוכניות המסייעות בפתרון בעיות דחופות, במקרה זה בעיות סביבתיות וביולוגיות", אמר צ'אפון. â�<“eBERlight将为寻求解决具有现实世界影响的自然科学的科学家提供端分竣提供端分竹斂” â�<“eBERlight将为寻求解决具有现实世界影响的自然科学的科学家提供端分竣提供端分竹斂”"eBERlight יספק פתרון מקיף למדענים המבקשים לפתור בעיות מדעיות בעלות רלוונטיות מעשית."
"אני מקווה שלא משנה אילו אתגרים גדולים מדענים מתמודדים איתם, APS יוכל לעזור להם", אמרה. â�<“这些挑战影响着我们每个人。” â�<“这些挑战影响着我们每个人。”"הנושאים האלה משפיעים על כולנו."
מתקן המחשוב המנהיגותי של ארגון מספק לקהילת המדע וההנדסה יכולות מחשוב-על לקידום גילוי והבנה בסיסיים במגוון רחב של תחומים. ALCF, הנתמך על ידי תוכנית המחקר המחשוב המדעי המתקדם (ASCR) של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE), הוא אחד משני מרכזי המחשוב המובילים של משרד האנרגיה המוקדשים למדע פתוח.
מקור הפוטונים המתקדם (APS) של משרד האנרגיה האמריקאי במעבדה הלאומית ארגון הוא אחד ממקורות קרני הרנטגן היעילים ביותר בעולם. APS מספק קרני רנטגן בעלות בהירות גבוהה לקבוצה מגוונת של חוקרים במדעי החומרים, כימיה, פיזיקת חומר מעובה, מדעי החיים והסביבה ומחקר יישומי. קרני רנטגן אלו אידיאליות לחקר חומרים ומבנים ביולוגיים; התפלגות יסודות; מצבים כימיים, מגנטיים ואלקטרוניים; כמו גם מגוון מערכות הנדסיות חשובות מבחינה טכנולוגית, מסוללות ועד חרירי הזרקה, שהן בסיסיות לפיתוח הכלכלי, הטכנולוגי והכלכלי של ארצנו, והן הבסיס לרווחה החומרית. מדי שנה, יותר מ-5,000 חוקרים משתמשים ב-APS כדי להפיק יותר מ-2,000 פרסומים, המפרטים תגליות חשובות ופותרים מבנים ביולוגיים חשובים יותר מכל משתמש אחר במתקני מחקר קרני רנטגן. הטכנולוגיות החדשניות של מדעני ומהנדסי APS עומדות בבסיס פיתוחם של מאיצים ומקורות אור. אלה כוללים התקני קלט המייצרים את קרני הרנטגן הבהירות במיוחד המוערכות על ידי חוקרים, עדשות הממקדות את קרני הרנטגן עד לננומטרים בודדים, מכשירים הממקסמים את האינטראקציה של קרני הרנטגן עם הדגימה הנחקרת, ומכשירים שאוספים ומרכיבים תוכנות רנטגן. ניהול כמויות גדולות של נתונים ממחקרי APS.
מחקר זה השתמש במשאבים מ-Advanced Photon Source, מתקן משתמשים של משרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) המנוהל על ידי המעבדה הלאומית ארגון של משרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי, במסגרת חוזה מספר DE-AC02-06CH11357.
המעבדה הלאומית ארגון מחויבת לפתרון בעיות מדעיות וטכנולוגיה לאומיות דחופות. המעבדה הלאומית ארגון, המעבדה הלאומית הראשונה בארצות הברית, עורכת מחקר מדעי בסיסי ויישומי חדשני כמעט בכל תחום מדעי. חוקרי המעבדה הלאומית ארגון עובדים בשיתוף פעולה הדוק עם חוקרים ממאות חברות, אוניברסיטאות וסוכנויות פדרליות, מדינתיות ועירוניות כדי לסייע להם לפתור בעיות ספציפיות, לקדם את המנהיגות המדעית בארה"ב ולבנות עתיד טוב יותר לאומה. לארגון עובדים מיותר מ-60 לאומים והיא מנוהלת על ידי Argonne LLC בשיקגו, חלק ממשרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי.
משרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי הוא המממן הגדול ביותר של מחקר מדעי הפיזיקה בארצות הברית ופועל להתמודד עם כמה מהאתגרים הדוחקים ביותר של זמננו. למידע נוסף, בקרו באתר https://energy.gov/science.