Именно на этом основана новая инициатива Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США. Чтобы экспериментаторы могли получить максимальную отдачу от серьезной модернизации рентгеновского лазера, которая будет производить лучи в 10000 раз ярче и импульсы до миллиона раз в секунду, в лаборатории создана новая должность — руководитель отдела экспериментального проектирования в Когерентный источник света линейного ускорителя — и нанял ученого-рентгенолога, чтобы заполнить его.
Пол Фуосс (произносится как «foos») взглянет на LCLS и обновление LCLS-II с новой точки зрения и будет работать с учеными и инженерами всей лаборатории над разработкой инструментов, удобных для пользователя систем управления и экспериментальных потоков, которые в полной мере используют преимущества этой технологии. прыгнуть.
«Хотя обновление не будет завершено до начала 2020-х годов, нельзя терять время», — сказал директор LCLS Майк Данн.
"Мы находимся на пороге трансформации наших научных возможностей, которая сегодня просто недостижима. Когда вы делаете такой большой скачок, вы должны коренным образом переосмыслить свой подход к науке и планированию экспериментов », — сказал Данн.
"Вы не можете просто сделать это так, как раньше, но немного лучше.
Вы должны подойти к этому, исходя из совершенно нового мыслительного процесса: какие научные знания вы пытаетесь получить, и какие научные данные могут пролить свет на это новое понимание, и как это повлияет на то, как вы получаете эти данные. и как это повлияет на то, как вы проектируете объект?"
Обуздание сложности, чтобы сделать науку более продуктивной
Для Fuoss более широкая цель — повысить производительность и улучшить опыт ученых, работающих с источниками рентгеновского света во всем мире.
«За последние 20 лет эксперименты стали намного сложнее не только на LCLS, но и на синхротронных источниках света», — сказал он. "Мы перешли от управления экспериментами на одном компьютере и одновременного обнаружения одного пикселя данных к использованию нескольких компьютеров и одновременному обнаружению более миллиона пикселей.
Наша способность интегрировать различные инструменты и компьютеры и визуализировать данные часто не поспевает за технологиями. А в LCLS эта сложность резко возрастет через несколько лет, когда будет запущена модернизация LCLS-II."
Один из способов сделать работу с LCLS более оптимизированной и интуитивно понятной — это включить удобные для пользователя функции в инструменты, которые входят в состав LCLS-II.
«Многие из них будут работать с учеными и инженерами, которые разрабатывают эти инструменты, чтобы получить там строительные блоки для совместимости с пользователями», — сказал Фуосс. "Это не является частью основной подготовки ученых и инженеров, поэтому мы ожидаем, что нам нужно будет обратиться к людям, обладающим этим опытом, и попросить их помочь нам."
Другой способ, по его словам, — это создание инструментов, которые позволят ученым визуализировать свои данные по мере их сбора, чтобы они могли понять, что происходит в режиме реального времени.
«Есть много разных вещей, которые необходимо согласовать», — сказал Фуосс. «Все они в настоящее время выполняются, но нам нужно объединить усилия и убедиться, что нет ненужных барьеров. В конце концов, вы хотите интегрировать такие вещи в повседневную деятельность каждого разработчика."
Рентгеновские лучи, изобретения и человеческий интерфейс
Fuoss имеет глубокие корни в SLAC.
Родом из Южной Дакоты, где он вырос на ранчо, он получил степень по физике в Школе горного дела и технологий Южной Дакоты и в 1975 году поступил в Стэнфордский университет, чтобы учиться в аспирантуре. Он закончил свою аспирантуру в SLAC, используя рентгеновские лучи от того, что позже стало Стэнфордским источником синхротронного излучения (SSRL), для исследования материалов.
Получив докторскую степень, Фуосс продолжил исследования в Bell Laboratories, AT&T Laboratories и Аргоннской национальной лаборатории. Он был активным пользователем SSRL и других источников света и разработал ряд новых методов исследования материалов с помощью рентгеновских лучей, многие из которых теперь являются стандартными для источников света по всему миру; в 2015 году он получил Farrel W от SLAC.
Премия Литла за эту работу. Fuoss также сыграл роль в разработке LCLS.
В середине 1990-х, будучи исследователем в AT&T Laboratories, Фуосс на шесть лет предпринял попытку окунуться в мир дизайна человеческих интерфейсов и исследований человеческого фактора — изучения того, как люди взаимодействуют с технологиями, от кабины самолета до вашего офисного копировального аппарата.
Тогда он сосредоточился на том, чтобы сделать телекоммуникационные системы и веб-интерфейсы более удобными для пользователей. Этот опыт также может быть применен к экспериментальному дизайну LCLS.
"У Пола невероятное прошлое", — сказал Данн. "Он приносит это глубокое понимание природы рентгеновской науки, понимание всех инструментов и технических деталей, а затем понимание того, чего мы пытаемся достичь с научной точки зрения."
Получение максимальной отдачи от лучевого времени
В отличие от синхротронных источников света, которые могут иметь десятки рентгеновских лучей и множество экспериментов, проводимых одновременно, текущая версия LCLS имеет только один мощный луч, в миллиард раз ярче, чем любой из доступных ранее, чьи импульсы приходят со скоростью до 120 раз в секунду. Теоретически это ограничивает возможность проведения одного эксперимента за раз.
Но за семь лет, прошедших с момента его открытия, ученые и инженеры придумали несколько способов обойти это ограничение, например, разделив луч, чтобы его можно было использовать в двух или более экспериментах одновременно.
В то же время они сократили время простоя между экспериментами, запланировав аналогичные эксперименты один за другим, поэтому им не приходилось менять оборудование так часто. Эти и другие меры увеличили количество экспериментов, проводимых в год, на 72 процента с 2014 по 2016 год, и недавно LCLS преодолела рубеж, на котором ежегодно размещается более 1000 пользователей.
LCLS-II добавит второй рентгеновский лазерный луч, что еще больше увеличит мощность объекта.
Продолжая искать способы провести больше экспериментов, упростив взаимодействие людей с LCLS, Фуосс сказал: «Мы можем повысить производительность и позволить научным пользователям играть более практическую роль в фактическом сборе данных. Это снизит нагрузку на персонал LCLS и улучшит опыт для ученых, которые приезжают сюда, чтобы использовать его."