Işığın Sınırlarını Zorluyoruz: Elettra 2.0 ile Yeni Nesil Mühendislik

1986 yılında kurulan ve 1993’ten beri faaliyette olan Elettra Sincrotrone Trieste, İtalya’nın Trieste kentinde bulunan uluslararası bir araştırma merkezidir. Merkez, iki amiral gemisi ışık kaynağını işletmektedir:

Elettra sinkrotronu – 30’dan fazla ışın hattına güç sağlayan üçüncü nesil bir depolama halkası
FERMI – Uluslararası standartlarda bir serbest elektron lazeri; yalnızca birkaç düzine femtosaniye süren, tamamen koherent ve ultraviyole ile yumuşak X-ışını aralığında darbeler üretebiliyor.

Bu araçlar, bilim insanları ve mühendislerin malzemeleri ve süreçleri atomik ölçekte incelemesini sağlıyor; mikroelektronikten enerji depolamaya, havacılıktan ileri üretim teknolojilerine kadar birçok alanda inovasyonun önünü açıyor.

Spektromikroskopi gibi birçok ışın hattımız, uygulamalı endüstriyel araştırmalarda kritik rol oynuyor. X-ışını spektroskopisi ve nanometre ölçekli görüntüleme gibi teknikler; yüzeyler, ince filmler ve nanoyapıların incelenmesinde kullanılıyor — yarı iletkenler, enerji depolama sistemleri ve katalitik çözümler için malzeme optimizasyonunda kritik öneme sahip. Deneysel bilim ile gerçek dünya uygulamaları arasındaki bu doğrudan bağlantı, hem üretimde hem de ileri teknoloji geliştirmede inovasyonu hızlandırıyor.

Tarihimiz, cesur mühendislik başarılarıyla dolu. Örneğin FERMI’nin inşası; hassas mekanik ve termal stabilizasyon sistemleri, özel tasarım yüksek hassasiyetli bileşenler, ileri teşhis teknolojileri ve femtosaniye seviyesinde senkronizasyon gerektiriyordu. Günlük ışın hattı operasyonlarının yönetimi dahi yüksek kaliteli üretimin olmazsa olmaz özelliklerini gerektiriyor: güvenilirlik, özelleştirme, CAD/CAM entegrasyonu ve hızlı problem çözme.

FERMI Deney Salonu – Elettra Sincrotrone Trieste

Yeni Nesil Bilim İçin Cesur Bir Mühendislik Hamlesi

Elettra 2.0, mevcut sinkrotron ışık kaynağımızın dördüncü nesil bir tesise dönüştürülmesini sağlayan kapsamlı bir modernizasyon projesidir. Amaç, tamamen koherent ve kırınım sınırlı ışık üretmektir. Bu dönüşümün merkezinde, yatay emittansı 50 kat azaltarak ultra odaklı ve kararlı ışınlar sağlayan yeni 12 ark konfigürasyonlu (S6BA-E) kafes yer alıyor.

Bu performans artışı, 10 keV’de parlaklığı 100 kat, 1 keV’de ise koherensi 60 kata kadar artırıyor. Üstelik tüm bunlar, mevcut altyapıyı yeniden kullanarak gerçekleştiriliyor — Elettra 2.0’ı hem bilimsel hem de mühendislik açısından bir dönüm noktası haline getiriyor.

Bu vizyonu hayata geçirmek, ultra hassas mekanik sistemlerin geliştirilmesini gerektiriyor. Vakum odaları, ışın hattı destek sistemleri ve ışın yönlendirme elemanları gibi bileşenlerin her biri, en ince ayrıntısına kadar titizlikle tasarlanıp üretiliyor.

Işın Hattına Doğru: Elettra 2.0’ın Arkasındaki Sistem

Elettra 2.0 için mühendislik sistemleri geliştirmek; aşırı stabilite, ultra yüksek vakum ve foton ışın kalitesi gibi üç kritik alanın kesişiminde çalışmak anlamına geliyor. Mekanik eksenler, destek sistemleri ve arayüzler gibi her bir bileşen; nanometre düzeyinde hassasiyetle çalışmalı, ısıl ve titreşim kaynaklı sapmalara karşı direnç göstermeli ve uzun deneysel döngüler boyunca vakum bütünlüğünü korumalıdır.

Nanospektroskopi deney istasyonu – Elettra

Elettra 2.0 yükseltme projesindeki önemli dönüm noktalarından biri, Spektro Mikroskopi ışın hattı için yüksek hassasiyetli bir XYZ hareket sistemi geliştirilmesiydi. Bu sistem şunları içeriyor:

Nanometre düzeyinde hassasiyetle hareket edebilen hareket eksenleri – aşırı doğruluk gerektiren deneyler için kritik
UHV (Ultra High Vacuum) uyumlu bileşenler – seramik ve OFHC (Oksijensiz Yüksek İletkenlikli) bakır malzemelerden üretilmiş parçalar
Titreşim izolasyonlu ayaklar – ultra stabil konumlandırmayı korumak için tasarlandı

Her bir unsur, dar tolerans gereksinimlerini karşılamalı, ısıl ve mekanik gerilimlere dayanmalı ve CAD tabanlı tasarım iş akışlarıyla entegre olmalıydı. Hareket hassasiyeti yalnızca mekanik bir gereklilik değil; aynı zamanda mekânsal çözünürlük, sinyal-gürültü oranı ve nanometre ölçeğinde görüntüleme ile X-ışını soğurma ölçümlerinin tekrarlanabilirliğini doğrudan etkileyen bir faktördür.

Hareket Sistemini Hayata Geçirmek

2022 yılında ekibimiz, ayrıntılı CAD modellerini Xometry’nin dijital imalat platformu aracılığıyla fiziksel bileşenlere dönüştürmeye başladı. Dijital üretim araçlarını kullanarak UHV sınıfı malzemeleri belirledik ve haftalar içinde yüksek hassasiyetle üretilmiş parçaları teslim aldık.

Nanometre toleranslarına uygun olarak üretilen tam XYZ montajı – hareket eksenleri, yapısal elemanlar ve destek sistemleri dâhil – ışın hattına entegrasyona hazır hâle getirildi. Spektromikroskopi istasyonuna kurulduğunda sistem, vakum altında nanometre hassasiyetinde, pürüzsüz ve tekrarlanabilir hareket sağladı. Seramik ve yüksek saflıktaki bakır parçalar dâhil tüm bileşenler, vakum temizlik testlerinden geçti ve kontaminasyonsuz bir ortam garanti altına alındı. Titreşim izolasyonlu ayaklar ise sistemi mikroskop seviyesinde stabil tuttu. Tüm bu bileşenler, ışın hattının zorlu operasyonel gereksinimlerini karşılayarak Elettra 2.0 platformunun kritik bir parçası olarak doğrulandı.

Yeni İnovasyonlar İçin Bir Sıçrama Tahtası

XYZ sistemi başarıyla devreye alındıktan sonra, Elettra yükseltilmiş depolama halkası için yeni yüksek frekanslı bileşenler geliştirmeye devam ediyor – böylece ışık biliminin sınırlarını daha da ileri taşıyor. Bu parçalar, tesisin tamamen koherent, kırınım sınırlı dördüncü nesil ışık kaynağı vizyonu doğrultusunda ilerlerken; aynı dijitalden-parçaya iş akışı ile üretiliyor ve aynı hassasiyet, kalite ile zamanında teslimat standartlarını garanti ediyor.

Bu seviyede hassasiyet gerektiren sistemler geliştirdiniz mi? Ekstrem ortam koşullarında hareket, vakum ve kontrol konularında geliştirdiğiniz yaklaşımları duymaktan memnuniyet duyarız.