| Laser european cu raze X cu electroni liberi ( XFEL ) | |
|---|---|
| | |
| nume international | Engleză Laser european cu raze X cu electroni liberi |
| Fondat | 2017 |
| Locație | Hamburg , Schönefeld |
| Adresa legala | 22869, Holzkoppel 4, Schönefeld , Germania |
| Site-ul web | xfel.eu |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Laserul european cu raze X cu electroni liberi ( European XFEL ) este un proiect internațional de creare a celui mai mare laser cu electroni liberi din lume [1] . Proiectul a fost dezvoltat de centrul de cercetare DESY și prezentat în 2002 [2] . Pentru construcția și punerea în funcțiune a laserului s-au cheltuit 1,22 miliarde de euro. 58% din această sumă a fost asigurată de Germania, 27% de Rusia [3] [1] .
Instalația laser lungă de 3,4 kilometri este situată în Germania, la o adâncime de 6 până la 38 de metri sub pământ și se întinde de la laboratorul DESY din Hamburg până la periferia orașului Schönefeld , unde clădiri administrative, stații experimentale și laboratoare sunt construite pe o suprafață de 15 hectare .
Laserul generează radiații sincrotron de mare intensitate emise de electroni accelerați la viteze relativiste. XFEL este proiectat astfel încât electronii să producă raze X într-o manieră sincronizată , ceea ce oferă impulsuri de raze X cu proprietățile radiației laser și o intensitate care depășește cu mult cea obținută în așa-numitele surse SR tradiționale de a treia generație. Laserul va fi cea mai puternică sursă de raze X din lume [4] .
Electronii printr-un accelerator liniar supraconductor cu o energie maximă de 17,5 GeV vor cădea în câmpurile magnetice ale ondulatoarelor , unde se vor mișca de-a lungul traiectoriilor curbe ( sinusoidale ), emitând în domeniul de raze X. Pentru a crea efectul supraconductivității, elementele acceleratorului sunt răcite cu heliu lichid la o temperatură de minus 271 °C [3] .
Razele X vor fi generate prin emisie spontană cu autoamplificare , atunci când electronii interacționează cu radiația produsă de electronii din apropiere. Emisia spontană a pachetelor de unde va face posibilă obținerea a până la 30.000 de impulsuri pe secundă, iar luminozitatea radiației va fi cu ordine de mărime mai mare decât analogii existenți.
Durata impulsurilor nu va depăși 100 de femtosecunde , ceea ce va face posibilă studierea reacțiilor chimice prea rapide pentru a fi studiate prin alte metode. Lungimea de undă a luminii laser cu raze X va varia de la 0,05 la 6 nm , permițând măsurători pe scara lungimii atomice.
În primul rând, este planificată crearea a 3 canale de ieșire a fasciculului de fotoni cu 6 stații experimentale , în viitor este planificată creșterea acestor numere la 5 canale și 10 stații. Laserul va fi folosit pentru experimente în fizică, chimie, știința materialelor, biologie și nanotehnologie.
Cercetările au loc în laboratoare subterane situate la capătul a trei tuneluri. Începând cu 2021, există șase laboratoare (altfel numite instrumente ), două laboratoare pentru fiecare tunel:
Experimente cu raze X cu femtosecunde (FXE) Particule, clustere, biomolecule; cristalografie femtosecundă (particule singulare, clustere și biomolecule și cristalografie serială femtosecundă, SPB/SFX) Spectroscopie și împrăștiere coerentă (SCS) Sisteme cuantice mici (Small Quantum Systems, SQS)Laboratorul experimental studiază interacțiunea razelor X moi cu materia. Obiectele tipice de studiu sunt de la atomi individuali la molecule mari. Metode de cercetare — diverse variante de spectroscopie. În laborator sunt utilizate trei stații:
La construcție au participat 12 țări: Danemarca, Franța, Germania, Ungaria, Italia, Polonia, Rusia, Slovacia, Spania, Suedia, Elveția și Marea Britanie. Lucrările de construcție au început în 2009. Deschiderea oficială a avut loc în 2017 [5] [3] .
9 ianuarie 2009 începerea lucrărilor pregătitoare la șantier.
23 iulie 2009 Rusia se alătură proiectului.
La 28 septembrie 2009, a fost creată o organizație non-profit European XFEL GmbH pentru a organiza construcția și exploatarea proiectului , al cărui acționar principal era inițial DESY [3] .
4 februarie 2010 Franța își confirmă participarea la proiect.
7 iulie 2010 până la 6 august 2011 așezarea primului tunel.
8 septembrie 2010 Polonia se alătură proiectului.
12 ianuarie 2011 până la 7 iunie 2012 pozarea celui de-al doilea tunel.
7 octombrie 2011 Spania se alătură proiectului.
Pe 17 iulie 2012 au fost livrați din Rusia 125 de magneți, produși de Novosibirsk INP SB RAS [6] .
Pe 6 iunie 2013, toate lucrările subterane au fost finalizate.
30 septembrie 2013 instalarea unui injector de electroni.
18 decembrie 2014 Marea Britanie se alătură proiectului.
Pe 25 august 2015 a fost instalat primul echipament științific.
La 1 martie 2016 a fost asamblat primul ondulator.
26 septembrie 2016 instalarea segmentelor acceleratoare supraconductoare în tunel.
6 octombrie 2016 este data oficială de punere în funcțiune a centralei [7] .
La 1 septembrie 2017, a fost lansat oficial laserul european cu raze X cu electroni liberi [8] .
Studiul proteinelor, celulelor și membranelor acestora atât static, cât și dinamic în procesul de schimbare.
Pentru a studia structura unor astfel de materiale, este necesar ca acestea să fie într-o formă cristalină. Cristalizarea moleculelor biologice nu este o sarcină ușoară, iar eforturile de a obține cristale de dimensiune și calitate suficientă pentru cercetarea cu sincrotron au durat ani, dacă nu decenii, în timp ce etapele ulterioare sunt mult mai rapide.
XFEL a arătat deja o îmbunătățire calitativă față de sincrotroni în capacitatea sa de a obține informații despre structura cristalelor mai mici decât un micrometru. De exemplu, o structură proteică necunoscută anterior (cisteina protează catepsina B) a fost citită cu rezoluție sub-nanometrică. A fost prima structură biologică identificată de un laser cu electroni liberi. Această proteină joacă un rol important în patogeneza bolii somnului, o boală care este răspândită în Africa și provoacă zeci de mii de decese în fiecare an. Noile cunoștințe pot fi folosite împotriva paraziților (musca tsetse) care provoacă boala.
De asemenea, având în vedere impulsurile XFEL ultrascurte, a devenit posibilă captarea proceselor biologice în molecule în mișcare și obținerea unor imagini clare chiar și ale difuzoarelor foarte rapide.
În urmă cu câțiva ani, s-a descoperit că impulsurile laser scurte polarizate circular, care pot fi dreptaci sau stângaci, pot schimba polaritatea magnetică mai rapid pe platourile de hard disk decât prin metoda tradițională.
European XFEL este echipat cu un dispozitiv special pentru generarea de impulsuri polarizate circular și permite cercetări în această direcție.
Așa-numitul timp de pornire a laserului este programat pentru anii următori. Oamenii de știință din diferite țări trimit cereri către conducerea European Laser pentru acces la echipamente pentru a efectua cercetări în domeniul fizicii, chimiei, științei materialelor, medicinei, biologiei și altor științe.