mały|Synchrotron Solaris – budynek znajdujący się na kampusie UJ thumb|Prof. dr hab. Marek Stankiewicz mówi o Synchrotronie Solaris thumb|Podkast Nauka XXI wieku. Prof. dr hab. Marek Stankiewicz mówi o Synchrotronie Solaris SOLARIS – jedyny synchrotron w środkowo-wschodniej części Europy, zbudowany w Krakowie w Polsce w 2015 roku przez Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS, jednostkę pozawydziałową Uniwersytetu Jagiellońskiego.
alt=|mały|198x198px|Pierścień akumulacyjny z lotu ptaka -widok na magnesy Synchrotron SOLARIS to akcelerator elektronów oraz nowoczesne urządzenie badawcze generujące promieniowanie elektromagnetyczne w szerokim zakresie 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 zakresu 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 on z podstrefą specjalnej strefy ekonomicznej zarządzanej przez Krakowski Park Technologiczny.
Nazwa synchrotronu SOLARIS pochodzi od powieści Stanisława Lema, który mieszkał i pracował w Krakowie.
Historia alt=|mały|200x200px|Widok na linie badawcze - 2018 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.Aktualizacja projektu utworzenia Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego, E. A. Gőrlich, K. Królas, K. Tomala, maj 2008. 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. 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 oraz komór próżniowych. W czerwcu 2015 r. zespół fizyków z SOLARIS wprowadził wiązkę elektronów do pierścienia synchrotronu i zobaczył pierwsze światło przy wyjściu do linii badawczych. We wrześniu 2015 r. odbyło się uroczyste otwarcie Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS.
Pierwsi użytkownicy linii badawczych rozpoczęli badania w październiku 2018 r.
1 marca 2019 roku na Pierwszym Zjeździe Konsorcjum Kriomikroskopii, organu skupiającego specjalistów biologii strukturalnej z całej Polski, podjęto oficjalną decyzję o otwarciu na terenie SOLARIS Krajowego Centrum Kriomikroskopii Elektronowej. Sercem Centrum Kriomikroskopii stały się dwa najwyższej generacji kriomikroskopy elektronowe, które z uwagi na wysoką rozdzielczość i metodę pomiarową, rewolucjonizują biologię strukturalną.
Budowa i działanie Synchrotron jest akceleratorem elektronów, jego głównymi częściami są akcelerator liniowy i pierścień akumulacyjny.
Pierwszym elementem akceleratora 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.
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. Uzyskane promieniowanie jest przesyłane do urządzeń określanych jako linie badawcze.
Parametry pierścienia akumulacyjnego SOLARIS Ważniejsze parametry pierścienia akumulacyjnego SOLARIS: 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 alt=stacja badawcza PEEM|thumb|Stacja badawcza PEEM Synchrotron SOLARIS rozpoczął funkcjonowanie z dwiema liniami badawczymi, w roku 2022 jest już 7 działających linii: PIRX (ang. Premiere InstRument for Xas) – linia badawcza wykorzystująca promieniowanie synchrotronowe emitowane przez magnes zakrzywiający. Linia została zaprojektowana do pomiarów spektroskopowych w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego (100-2000 eV). W badaniach prowadzonych na linii PIRX wykorzystywane są techniki oparte na zjawiskach: absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS), naturalnego dichroizmu liniowego (XNLD), magnetycznego dichroizmu kołowego (XMCD) i magnetycznego dichroizmu liniowego (XMLD). Umożliwiają one selektywne badanie powierzchni i warstw granicznych z czułością pierwiastkową. Linia znajduje zastosowanie w interdyscyplinarnych badaniach z obszaru inżynierii materiałowej, katalizy, fizyki nadprzewodników, analizy materiałów domieszkowanych oraz badań magnetyzmu powierzchni, interfejsów i cienkowarstwowych struktur .
URANOS (ang. Ultra Resolved ANgular phOtoelectron Spectroscopy) (dawniej UARPES) – linia dostarcza fotony w zakresie próżniowego ultrafioletu. Dostępnymi technikami na linii badawczej jest ARPES (Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy), dyfrakcja elektronów niskiej energii (MCP-LEED) oraz spektroskopia elektronów Augera (AES). 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 badawcza wykorzystuje miękkie promieniowanie rentgenowskie generowane przez undulator typu APPLE II. Linia została zaprojektowana do eksperymentów z zastosowaniem spektroskopii fotoelektronowej (PES) oraz spektroskopii absorpcji rentgenowskiej (XAS) w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego, prowadzonych w warunkach ultrawysokiej próżni.Stacja końcowa PES i XAS w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego umożliwia badanie struktury elektronowej różnych materiałów – od wysoko uporządkowanych kryształów po fazy amorficzne, takie jak ceramiki, szkło czy minerały. Szeroki wachlarz dostępnych technik czyni tę stację unikatowym i potężnym narzędziem do badania bardzo złożonych układów. Eksperymenty PES mogą być realizowane z wykorzystaniem kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronowej (ARPES), ARPES z dichroizmem kołowym (CD-ARPES), Spin-ARPES i XPS. Analizator energii SPECS PHIOBOS 225 z systemem deflektorów i kamerą CMOS pozwala na zbieranie danych fotoemisyjnych z rozdzielczością energetyczną 2 meV oraz kątową 0.1°. Widma absorpcyjne mogą być rejestrowane z wykorzystaniem Total Electron Yield (TEY), Total Fluorescence Yield (TFY) i Partial Electron Yield (PEY). Stacja końcowa PHELIX obejmuje również komorę MBE umożliwiającą odparowywanie Fe, Co i Sn, z opcją instalacji dodatkowych źródeł ewaporacji. Komory przygotowawcze pozwalają na przygotowanie próbek w szerokim zakresie temperatur – od 120 K do 2000 K.. DEMETER (ang. Dual Microscopy and Electron Spectroscopy Beamline) – linia wykorzystuje miękkie promieniowanie rentgenowskie o zmiennej polaryzacji emitowane przez undulator EPU (ang. elliptically polarizing undulator). Linia posiada dwie stacje końcowe: skaningowy transmisyjny mikroskop rentgenowski STXM oraz fotoemisyjny mikroskop elektronowy PEEM. Zastosowanie: badania uporządkowania magnetycznego i struktury domenowej, obrazowanie chemiczne z bardzo wysoką rozdzielczością oraz spektroskopia biomolekuł. ASTRA - dawniej SOLABS – linia spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego, dla której źródłem promieniowania jest magnes zakrzywiający. Zastosowanie: do badań materiałowych, badania lokalnej struktury stopów, katalizatorów jednoatomowych, nano-cząstek, analizy funkcji centrów aktywnych w metaloproteinach, specjacji chemicznych pierwiastków toksycznych, badania technologii produkcji farb w obrazach historycznych i ceramiki renesansowej. POLYX – linia badawcza umożliwia wysokorozdzielcze multimodalne obrazowanie w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego. Źródłem promieniowania jest magnes zakrzywiający. Dostępnymi technikami są: rentgenowska mikroanaliza fluorescencyjna (micro-XRF), spektroskopia progu absorpcji promieniowania X (micro-XAFS) oraz mikro-tomografia komputerowa (micro-CT). Zastosowanie: testowanie nowych rozwiązań dotyczących optyki rentgenowskiej i detektorów, badania próbek słabo absorbujących, np. materiałów biologicznych, uzyskiwanie informacji głębokościowej o rozkładzie pierwiastkowym, badania morfologiczne obiektów, trójwymiarowe obrazowanie lokalnej struktury atomowej itp. CIRI (ang. Chemical InfraRed Imaging) – dawniej SOLAIR – linia badawcza mikroskopii absorpcyjnej w zakresie podczerwieni wraz z obrazowaniem. Źródłem promieniowania jest magnes zakrzywiający. Linia posiadała dwie stacje końcowe: mikroskop z promieniowaniem w podczerwieni z transformatą Fouriera oraz mikroskop do nano-spektroskopii w podczerwieni sprzężonej z mikroskopią sił atomowych i skaningową mikroskopią bliskiego pola (obrazowanie AFM-SNOM-FTIR). Zastosowanie: w biomedycynie, nanotechnologii, naukach o środowisku i wielu innych dziedzinach. Badania umożliwią między innymi ukierunkowanie syntezy potencjalnych leków i ich projektowanie.
Linie badawcze w budowie alt=|mały W trakcie budowy są linie