منبع فوتون پیشرفته آرگون، تحقیقات بیولوژیکی و محیطی را تسریع می‌کند

زمین یک اکوسیستم پیچیده است و جایگاه ما در آن به عوامل مختلفی بستگی دارد. از سلامت خاک گرفته تا کیفیت هوا و رفتار گیاهان و میکروارگانیسم‌ها، درک دنیای طبیعی و سایر ساکنان آن برای بقای خودمان بسیار مهم است. با ادامه تغییرات آب و هوایی، مطالعه محیط زیست و اشکال متنوع حیات آن اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.
در اکتبر ۲۰۲۳، منبع فوتون پیشرفته (APS)، یک مرکز کاربری در دفتر علوم آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE)، رسماً برنامه جدیدی را برای گسترش قابلیت‌های تحقیق و تجزیه و تحلیل بیولوژیکی و محیطی در آزمایشگاه‌های پیشرو جهان راه‌اندازی خواهد کرد. حوزه اشعه ایکس. شرکتی به نام eBERlight اخیراً از برنامه تحقیقات بیولوژیکی و محیطی (BER) وزارت انرژی ایالات متحده تأییدیه دریافت کرده است. هدف این است که محققانی که در ماموریت BER آزمایش انجام می‌دهند را با منابع علمی اشعه ایکس پیشرو در جهان APS مرتبط کند. با گسترش دسترسی به قابلیت‌های متنوع APS، متفکران eBERlight امیدوارند روش‌های علمی جدیدی را کشف کنند و تیم‌های بین رشته‌ای جدیدی از محققان را برای بررسی دیدگاه‌های جدید در مورد جهانی که در آن زندگی می‌کنیم، جذب کنند.
کارولین میچالسکا، متخصص کریستال پروتئین آزمایشگاه ملی آرگون و سرپرست کار روی eBERlight، گفت: «این فرصتی برای خلق چیزی جدید است که قبلاً در APS وجود نداشته است.» 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"«ما در حال گسترش دسترسی هستیم تا تحقیقات بیولوژیکی و زیست‌محیطی بیشتری را امکان‌پذیر کنیم، و از آنجا که این برنامه بسیار جدید است، دانشمندانی که از این مرکز استفاده خواهند کرد، به ما در توسعه آن کمک می‌کنند.»
از زمان تأسیس در دهه ۱۹۹۰، APS در زمینه «کریستالوگرافی ماکرومولکولی» در تحقیقات بیولوژیکی پیشرو بوده است. دانشمندان از این فناوری برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد بیماری‌های عفونی و ویروس‌ها استفاده می‌کنند تا زمینه را برای واکسن‌ها و درمان‌ها فراهم کنند. APS اکنون قصد دارد موفقیت خود را به سایر حوزه‌های علوم زیستی و زیست‌محیطی گسترش دهد.
یکی از مشکلات این گسترش این است که بسیاری از دانشمندان زیست‌شناسی و محیط زیست از قابلیت‌های APS برای کمک به پیشبرد تحقیقات خود بی‌اطلاع هستند و با فرآیند تولید پرتوهای ایکس درخشان از یک جسم آشنا نیستند. به همین ترتیب، بسیاری از دانشمندان نمی‌دانند کدام یک از ایستگاه‌های آزمایشی متعدد APS، که خطوط پرتو نامیده می‌شوند، بهترین انتخاب برای آزمایش‌های آنهاست، زیرا هر ایستگاه برای یک علم و فناوری خاص بهینه شده است.
میچالسکا گفت اینجاست که eBERlight وارد عمل می‌شود. او آن را به عنوان یک اکوسیستم مجازی توصیف کرد که برای اتصال دانشمندان به فناوری‌های مناسب در مسیر درست APS طراحی شده است. محققان پیشنهادهایی را به کارکنان eBERlight ارائه خواهند داد که به همسو کردن طرح آزمایشی با کانال صحیح برای انجام مطالعه پیشنهادی کمک خواهند کرد. او گفت تنوع قابلیت‌های APS به این معنی است که eBERlight می‌تواند در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی و علوم محیطی تأثیر داشته باشد.
او گفت: «ما در حال بررسی این هستیم که محققان BER چه چیزی را مطالعه می‌کنند و چگونه می‌توانیم آن تحقیقات را تکمیل کنیم.» 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。«بعضی از این محققان هرگز از سینکروترونی مانند APS استفاده نکرده‌اند.»آنها یاد می‌گیرند که چه ابزارهایی در دسترس هستند و به چه سوالات علمی می‌توان در APS پاسخ داد که در جای دیگری نمی‌توان به آنها پرداخت.
«این فرصتی برای ساختن چیزی جدید است که قبلاً در APS وجود نداشته است. ما در حال گسترش دامنه تحقیقات بیولوژیکی و محیطی هستیم و از آنجا که این تحقیق جدیدی است، دانشمندانی که از این مرکز استفاده خواهند کرد، به ما در توسعه پروژه کمک می‌کنند.» — کارولین میچالسکا، آزمایشگاه ملی آرگون
میچالسکا در مورد علوم خاصی که eBERlight ترویج خواهد کرد، گفت که این علوم شامل همه چیز از تحقیقات خاک گرفته تا پرورش گیاهان، تشکیل ابر و سوخت‌های زیستی خواهد بود. استفان ووگت، معاون مدیر بخش علوم اشعه ایکس APS، چرخه آب را به این فهرست اضافه کرد و خاطرنشان کرد که این اطلاعات برای درک بهتر شرایط آب و هوایی در حال تغییر بسیار مهم است.
ووگت گفت: «ما در حال مطالعه سوالات مربوط به علم اقلیم هستیم و باید به مطالعه آنها ادامه دهیم.» 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。«ما باید بفهمیم که چگونه با پیامدهای عمیق زیست‌محیطی تغییرات اقلیمی مبارزه کنیم.»
در حالی که eBERlight رسماً در ماه اکتبر راه‌اندازی شد، APS به عنوان بخشی از ارتقاء جامع تأسیسات، یک سال وقفه خواهد داشت. در این مدت، تیم برای تحقیق و توسعه یک سیستم نمونه‌برداری بیولوژیکی و محیطی، توسعه پایگاه‌های داده و انجام فعالیت‌های اطلاع‌رسانی برای این برنامه تلاش خواهد کرد.
وقتی APS دوباره در سال ۲۰۲۴ آنلاین شود، قابلیت‌های آن به طور قابل توجهی گسترش خواهد یافت. تیم eBERlight با ۱۳ کانال APS که طیف وسیعی از فناوری‌ها را نمایندگی می‌کنند، قراردادهای بلندمدت امضا خواهد کرد. دانشمندانی که از طریق eBERlight کار می‌کنند، به منابع آرگون نیز دسترسی خواهند داشت، مانند مرکز محاسبات آرگون، جایی که ابررایانه‌های دفتر علوم وزارت انرژی و ابررایانه‌های آزمایشگاهی در آن قرار دارند، و مرکز توصیف پیشرفته پروتئین، جایی که پروتئین‌ها متبلور شده و برای تجزیه و تحلیل آماده می‌شوند.
با تکامل این برنامه، از ارتباطات آن با سایر مراکز کاربری دفتر علوم وزارت انرژی، مانند آزمایشگاه علوم مولکولی محیطی آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام و موسسه ژنوم مشترک در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، بهره خواهد برد.
زو فینفراک، فیزیکدان آرگون و عضو تیم eBERlight، گفت: «برای بزرگ کردن یک کودک به یک روستا نیاز است، اما برای حل یک مشکل علمی به یک روستای حتی بزرگتر نیاز است.» 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、地搃和环境、地搃和环境 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、地搃和环境、地搃和环境«من عاشق ماهیت چندوجهی eBERlight هستم، چرا که تلاش می‌کند پلتفرمی یکپارچه ایجاد کند که تحقیقات علمی را در سیستم‌های بیولوژیکی، زمینی و اکولوژیکی پیش ببرد.»ساده به نظر می‌رسد، اما مقیاس و تأثیر بالقوه آن بسیار عظیم است.
به گفته کن کمنر، فیزیکدان ارشد و رهبر گروه در آزمایشگاه ملی آرگون، ایده eBERlight سال‌ها در حال شکل‌گیری بوده است. کمنر به مدت ۲۷ سال در APS در این آزمایشگاه کار کرد و بخش عمده‌ای از این مدت را صرف ارتباط محققان محیط زیست با منابع این موسسه کرد. او گفت که اکنون eBERlight این کار را در مقیاس بزرگتری ادامه خواهد داد. او مشتاقانه منتظر است تا ببیند از طریق تحقیقات در مورد گازهای گلخانه‌ای، اکوسیستم‌های تالابی و تعاملات گیاهان و میکروارگانیسم‌ها با خاک و رسوبات، چه پیشرفت‌های جدیدی حاصل خواهد شد.
به گفته کمنر، کلید موفقیت eBERlight، آموزش دانشمندان سینکروترون و همچنین دانشمندان علوم زیستی و محیطی است.
او گفت: «شما باید رادیولوژیست‌ها را آموزش دهید تا مشکلات علوم زیست‌محیطی را بهتر درک کنند و فناوری را برای حل بهتر مشکلات تحقیقات زیست‌محیطی تطبیق دهند.» â..." â..."«همچنین باید دانشمندان محیط زیست را در مورد اینکه منابع نور چقدر در حل این مشکلات خوب هستند، آموزش دهید.»این کار به منظور کاهش موانع جذب آنها انجام می‌شود.
لوران چاپون، معاون مدیر آزمایشگاه علوم فوتون و مدیر APS، گفت که این طرح جدید به معنای دموکراتیزه کردن دسترسی به APS و قابلیت‌های آن است.
چاپون گفت: «این طرح پیام مهمی می‌فرستد مبنی بر اینکه APS منبعی حیاتی برای ملت است و قادر به توسعه برنامه‌هایی است که به حل مشکلات مبرم، در این مورد مشکلات زیست‌محیطی و بیولوژیکی، کمک می‌کند.» 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到端薹" 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到端薹"«eBERlight یک راه‌حل جامع برای دانشمندانی که به دنبال حل مسائل علوم زیستی با اهمیت عملی هستند، ارائه خواهد داد.»
او گفت: «امیدوارم فارغ از چالش‌های بزرگی که دانشمندان با آن روبرو هستند، APS بتواند به آنها کمک کند.» 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。"«این مسائل همه ما را تحت تأثیر قرار می‌دهد.»
مرکز محاسبات رهبری آرگون، قابلیت‌های ابررایانه‌ای را برای جامعه علمی و مهندسی فراهم می‌کند تا کشفیات و درک بنیادی را در طیف وسیعی از رشته‌ها پیش ببرد. ALCF که توسط برنامه تحقیقات محاسبات علمی پیشرفته (ASCR) وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) پشتیبانی می‌شود، یکی از دو مرکز محاسباتی پیشرو در DOE است که به علوم آزاد اختصاص دارد.
منبع فوتون پیشرفته (APS) دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده در آزمایشگاه ملی آرگون، یکی از پربازده‌ترین منابع پرتو ایکس در جهان است. APS پرتوهای ایکس با روشنایی بالا را برای گروه متنوعی از محققان در علوم مواد، شیمی، فیزیک ماده چگال، علوم زیستی و محیطی و تحقیقات کاربردی فراهم می‌کند. این پرتوهای ایکس برای مطالعه مواد و ساختارهای بیولوژیکی؛ توزیع عناصر؛ حالت‌های شیمیایی، مغناطیسی و الکترونیکی؛ و همچنین طیف وسیعی از سیستم‌های مهندسی مهم فناوری، از باتری‌ها گرفته تا نازل‌های تزریق، که برای توسعه اقتصادی، فناوری و اقتصادی کشور ما اساسی هستند، ایده‌آل هستند. و اساس رفاه مادی. هر ساله، بیش از 5000 محقق از APS برای تولید بیش از 2000 نشریه استفاده می‌کنند که جزئیات اکتشافات مهم را شرح می‌دهند و ساختارهای پروتئین بیولوژیکی مهم‌تری را نسبت به هر کاربر دیگری از امکانات تحقیقاتی پرتو ایکس حل می‌کنند. فناوری‌های نوآورانه دانشمندان و مهندسان APS زمینه‌ساز توسعه شتاب‌دهنده‌ها و منابع نوری است. این موارد شامل دستگاه‌های ورودی هستند که پرتوهای ایکس بسیار درخشان مورد توجه محققان را تولید می‌کنند، لنزهایی که پرتوهای ایکس را تا چند نانومتر متمرکز می‌کنند، ابزارهایی که برهمکنش پرتوهای ایکس با نمونه مورد مطالعه را به حداکثر می‌رسانند و دستگاه‌هایی که نرم‌افزارهای پرتو ایکس را جمع‌آوری و مونتاژ می‌کنند. حجم زیادی از داده‌ها را از مطالعات APS مدیریت کنید.
این تحقیق از منابع Advanced Photon Source، یک مرکز کاربری دفتر علوم وزارت انرژی که توسط آزمایشگاه ملی آرگون دفتر علوم وزارت انرژی تحت قرارداد شماره DE-AC02-06CH11357 مدیریت می‌شود، استفاده کرد.
آزمایشگاه ملی آرگون متعهد به حل مشکلات مبرم ملی در حوزه علم و فناوری است. آزمایشگاه ملی آرگون، اولین آزمایشگاه ملی در ایالات متحده، تحقیقات علمی پایه و کاربردی پیشرفته‌ای را تقریباً در هر رشته علمی انجام می‌دهد. محققان آزمایشگاه ملی آرگون از نزدیک با محققان صدها شرکت، دانشگاه و آژانس‌های فدرال، ایالتی و شهری همکاری می‌کنند تا به آنها در حل مشکلات خاص، پیشبرد رهبری علمی ایالات متحده و ساختن آینده‌ای بهتر برای ملت کمک کنند. آرگون کارمندانی از بیش از 60 ملیت دارد و توسط شرکت Argonne LLC در شیکاگو، بخشی از دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده، مدیریت می‌شود.
دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین تأمین‌کننده مالی تحقیقات علوم فیزیکی در ایالات متحده است و در تلاش است تا به برخی از مبرم‌ترین چالش‌های زمان ما بپردازد. برای اطلاعات بیشتر، به آدرس https://​energy​gy​.gov/​science مراجعه کنید.