X-ray pulse generator for synchrotron applications
- Reference number
- ITM24-0323
- Project leader
- DAmario, Luca
- Start and end dates
- 260401-290331
- Amount granted
- 9 821 500 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The proposed project aims to produce an X-ray light modulator (XMod) for synchrotrons beamlines, enabling them to achieve nanosecond time-resolution capabilities using their already existing "slow" detection system. The XMod will lead the way to crucial material characterization studies in strategic field like, electrolyzers and fuel cells, functional enzymology, batteries, and advanced manufacturing. The project’s main objectives are: (1) build and test a high-frequency X-ray modulator capable of generating 100 ns pulses, (2) implement XMod based time-resolved (TR) X-ray spectroscopy experiment at the Balder beamline (MAX IV), (3) to demonstrate portability of XMod at DanMAX (diffraction) and BACH (soft X-ray) beamlines, and (4) to explore commercialization through IP protection and industrial partnerships. The project will involve hiring of two postdocs which will carry most of the work together with the PI and five more academic and industrial collaborators. Work plan includes design and manufacturing of the prototype at Uppsala University (year 1), demonstration of functionality at the Balder beamline @MAXIV (year 2), demonstration of portability (year 3) at DanMAX and BACH beamlines at MAXIV and Elettra (Italy) and pursue of prototype commerciability (all three years). With the XMod we expect to prove the ability to carry mechanistic studies able to characterize functional material with different techniques, exploiting a single device.
Popular science description
En av vetenskapens viktigaste roller är att förklara hur materia fungerar, så att vi kan använda denna kunskap för att utveckla ny teknologi. Idag är tekniska framsteg beroende av utvecklingen av funktionella material, det vill säga kemiska föreningar med specifika egenskaper som gör att de kan utföra ett visst arbete. Exempel inkluderar harts/resin för 3D-skrivare, ljusemitterande molekyler i LED-lampor och material för lagring av kvantbitar. För att skapa ny teknologi måste vi förstå dessa material på atomnivå. Röntgenspektroskopi är ett kraftfullt verktyg som gör det möjligt att studera hur atomer i ett material interagerar och förändras under användning. Vid synkrotronanläggningar kan dessa tekniker användas med extrem precision. Sverige har nyligen byggt en av världens mest avancerade synkrotroner, MAX IV, särskilt utformad för att analysera funktionella material. Trots detta är en stor del av informationen om hur vissa material fungerar fortfarande otillgänglig. Dessa material är avgörande för energiomvandling (katalysatorer), energilagring (batterier) och avancerad tillverkning (elektronik, medicinteknik). Problemet ligger i de tidskalor som kemiska processer sker inom. Dagens röntgentekniker kan antingen studera mycket snabba processer (femtosekundsskala) eller långsamma förlopp (sekunder). De viktigaste mekanismerna – molekylära interaktioner och bindningsomstrukturering – sker dock i tidsintervallet nanosekunder till sekunder, vilket ej finns att tillgå med nuvarande teknik. Detta projekt utvecklar XMod, en portabel röntgenpulsgenerator för befintliga synkrotronanläggningar. XMod fungerar som en snabb elektronisk slutare som delar upp röntgenstrålen i korta, exakt tidsinställda pulser. Dessa möjliggör studier av ultrasnabba förändringar i material som aktiveras av ljus eller elektricitet. Det unika med XMod är att det fungerar med befintliga (långsamma) detektorer, vilket eliminerar behovet av kostsamma uppgraderingar. XMod kommer att utvecklas i samarbete med MAX IV och testas vid Balder- och DanMAX-strålrören, samt installeras vid BACH-strålröret vid Elettra-synkrotronen i Italien.