| Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL) | |
|---|---|
 | |
 Сверхпроводящий ускоряющий модуль | |
| Международное название | англ. European X-ray free-electron laser |
| Основан | 2017 |
| Расположение |
 |
| Юридический адрес | 22869, Holzkoppel 4, Шенефельд, Германия |
| Сайт | xfel.eu |
 | |
Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (англ. European x-ray free electron laser, European XFEL) — международный проект по созданию самого крупного в мире лазера на свободных электронах[1]. Проект разработан исследовательским центром DESY и представлен в 2002 году[2]. На строительство и ввод в эксплуатацию лазера было потрачено 1,22 млрд евро. 58 % этой суммы предоставила Германия, 27 % — Россия[3][1].
Лазерная установка длиной 3,4 километра расположена в Германии на глубине от 6 до 38 метров под землёй и протянулась от лаборатории DESY в Гамбурге до окраины Шенефельда, где на территории 15 гектаров построены административные здания, экспериментальные станции и лаборатории.
Конструкция
Лазер генерирует синхротронное излучение высокой интенсивности, излучённое электронами, ускоренными до релятивистских скоростей. XFEL построен так, чтобы электроны синхронизированно вызывали рентгеновское излучение, что обеспечивает рентгеновские импульсы со свойствами лазерного излучения и интенсивностью, значительно превосходящей получаемую в традиционных источниках СИ так называемого третьего поколения. Лазер будет самым мощным в мире источником рентгеновского излучения[4].
Электроны через сверхпроводящий линейный ускоритель с максимальной энергией 17,5 ГэВ попадут в магнитные поля ондуляторов, где они будут двигаться по искривленным (синусоидальным) траекториям, излучая в рентгеновском диапазоне. Для создания эффекта сверхпроводимости элементы ускорителя охлаждаются жидким гелием до температуры минус 271 °C[3].
Рентгеновское излучение будет генерироваться самоусиливающейся спонтанной эмиссией, когда электроны взаимодействуют с излучением, создаваемым соседними электронами. Спонтанная эмиссия волновых пакетов позволит получать до 30 тысяч импульсов в секунду, а яркость излучения будет на порядки превосходить существующие аналоги.
Исследования
Продолжительность импульсов не будет превышать 100 фемтосекунд, что позволит исследовать химические реакции, которые слишком быстры, чтобы изучать их иными методами. Длина волны рентгеновского лазерного излучения будет меняться от 0,05 до 6 нм, позволяя проводить измерения на атомном масштабе длины.
Сначала предполагается создать 3 канала вывода фотонных пучков с 6 экспериментальными станциями, в дальнейшем планируется увеличить эти числа до 5 каналов и 10 станций. Лазер будет использоваться для экспериментов в области физики, химии, наук о материалах, биологии и нанотехнологии.
Научные инструменты
По состоянию на конец 2018 года используются шесть лабораторий
Фемтосекундные рентгеновские эксперименты (FXE)
Частицы, кластеры, биомолекулы; фемтосекундная кристаллография (SPB/FXE)
Спектроскопия и когерентное рассеяние (SCS)
Малые квантовые системы (SQS)
Экспериментальная лаборатория изучает взаимодействие мягкого рентгеновского излучения с веществом. Типичные объекты исследования — от отдельных атомы, до крупных молекул. Методы исследования — различные варианты спектроскопии. В лаборатории используются три станции:
- AQS — атомо-подобные квантовые системы — изучает атомы и небольшие молекулы
- NQS — наноразмерные квантовые системы — изучает кластеры и наночастицы
- SQS-REMI — реакционный микроскоп, позволяющий изучать процессы ионизации и фрагментации путём анализа продуктов реакции вещества с рентгеновскими импульсами.
High energy density matter (HED)
В стадии завершения. Первые эксперименты пройдут в 2019 году.
Materials imaging and Dynamics (MID)
В стадии завершения. Первые эксперименты пройдут в 2019 году.
Хронология строительства
В строительстве участвовали 12 стран: Дания, Франция, Германия, Венгрия, Италия, Польша, Россия, Словакия, Испания, Швеция, Швейцария и Великобритания. Строительные работы начались в 2009 году. Официальное открытие состоялось в 2017 году[5][3].
9 января 2009 начало подготовительных работ на стройплощадке.
23 июля 2009 года Россия присоединяется к проекту.
28 сентября 2009 года для организации строительства и эксплуатации проекта создана некоммерческая организация European XFEL GmbH, основным акционером которой изначально являлся DESY[3].
4 февраля 2010 года Франция подтверждает своё участие в проекте.
7 июля 2010 по 6 августа 2011 года прокладка первого тоннеля.
8 сентября 2010 года Польша присоединяется к проекту.
12 января 2011 по 7 июня 2012 года прокладка второго тоннеля.
7 октября 2011 года Испания присоединяется к проекту.
26 июля 2012 года из России доставлены 125 магнитов.
6 июня 2013 года завершены все подземные работы.
30 сентября 2013 года установка инжектора электронов.
18 декабря 2014 года Великобритания присоединяется к проекту.
25 августа 2015 года установлено первое научное оборудование.
1 марта 2016 года собран первый ондулятор.
26 сентября 2016 года установка в тоннеле сверхпроводниковых сегментов ускорителя.
6 октября 2016 года официальная дата ввода в эксплуатацию установки[6].
1 сентября 2017 года Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах был официально запущен[7].
Примечания
- 1 2 Андрей Борисов. Лазер в три километра. Lenta.ru (17 октября 2014).
- ↑ Заключительный акт конференции полномочных представителей… (недоступная ссылка) // European XFEL
- 1 2 3 4 Facts & figures Архивировано 23 января 2010 года. (англ.) // European XFEL
- ↑ Техпарад. Мощь свободных электронов // Популярная механика. — 2017. — № 7. — С. 16.
- ↑ Construction milestones (недоступная ссылка) (англ.) // European XFEL
- ↑ European XFEL - News. www.xfel.eu. Проверено 17 августа 2017. (недоступная ссылка)
- ↑ Молекулярное кино: как будет работать мощнейший рентгеновский лазер на свободных электронах
Литература
- Понятов А. Лазер на свободных электронах: три года до старта // Наука и жизнь. — 2013. — № 9.
Ссылки
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .