| Europeisk röntgenfri elektronlaser ( XFEL ) | |
|---|---|
| | |
| internationellt namn | engelsk Europeisk röntgenfri elektronlaser |
| Grundad | 2017 |
| Plats | Hamburg , Schönefeld |
| Laglig adress | 22869, Holzkoppel 4, Schönefeld , Tyskland |
| Hemsida | xfel.eu |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
Den europeiska röntgenfria elektronlasern ( European XFEL ) är ett internationellt projekt för att skapa världens största fria elektronlaser [1] . Projektet utvecklades av forskningscentret DESY och presenterades 2002 [2] . 1,22 miljarder euro spenderades på konstruktion och driftsättning av lasern. 58 % av detta belopp tillhandahölls av Tyskland, 27 % av Ryssland [3] [1] .
Den 3,4 kilometer långa laseranläggningen ligger i Tyskland på ett djup av 6 till 38 meter under jord och sträcker sig från DESY-laboratoriet i Hamburg till utkanten av Schönefeld , där administrativa byggnader, experimentstationer och laboratorier byggs på ett område med 15 hektar .
Lasern genererar högintensiv synkrotronstrålning som emitteras av elektroner som accelereras till relativistiska hastigheter. XFEL är utformad så att elektronerna producerar röntgenstrålar på ett synkroniserat sätt , vilket ger röntgenpulser med egenskaperna hos laserstrålning och en intensitet som vida överstiger den som erhålls i traditionella så kallade tredje generationens SR-källor . Lasern kommer att bli den mest kraftfulla röntgenkällan i världen [4] .
Elektroner genom en supraledande linjär accelerator med en maximal energi på 17,5 GeV kommer att falla in i de magnetiska fälten hos undulatorer , där de kommer att röra sig längs krökta ( sinusformade ) banor och emitterar i röntgenområdet. För att skapa effekten av supraledning kyls acceleratorns element av flytande helium till en temperatur på minus 271 °C [3] .
Röntgenstrålar kommer att genereras av självförstärkande spontan emission , när elektroner interagerar med strålning som produceras av närliggande elektroner. Spontan emission av vågpaket kommer att göra det möjligt att erhålla upp till 30 000 pulser per sekund, och strålningsljusstyrkan kommer att vara storleksordningar högre än befintliga analoger.
Pulsernas varaktighet kommer inte att överstiga 100 femtosekunder , vilket gör det möjligt att studera kemiska reaktioner som är för snabba för att studeras med andra metoder. Våglängden för röntgenlaserljuset kommer att variera från 0,05 till 6 nm , vilket möjliggör mätningar på atomlängdskalan.
Först är det planerat att skapa 3 fotonstråleutgångskanaler med 6 experimentstationer , i framtiden är det planerat att öka dessa siffror till 5 kanaler och 10 stationer. Lasern kommer att användas för experiment inom fysik, kemi, materialvetenskap, biologi och nanoteknik.
Forskningen sker i underjordiska laboratorier i slutet av tre tunnlar. Från och med 2021 finns det sex labb (även kallade instrument ), två labb för varje tunnel:
Femtosekund X-Ray Experiment (FXE) Partiklar, kluster, biomolekyler; femtosekundkristallografi (enkla partiklar, kluster och biomolekyler & seriell femtosekundkristallografi, SPB/SFX) Spektroskopi och koherent spridning (SCS) Små kvantsystem (Small Quantum Systems, SQS)Experimentlaboratoriet studerar växelverkan mellan mjuka röntgenstrålar och materia. Typiska studieobjekt är från enskilda atomer till stora molekyler. Forskningsmetoder — olika varianter av spektroskopi. Tre stationer används i laboratoriet:
12 länder deltog i bygget: Danmark, Frankrike, Tyskland, Ungern, Italien, Polen, Ryssland, Slovakien, Spanien, Sverige, Schweiz och Storbritannien. Byggarbetet påbörjades 2009. Den officiella invigningen ägde rum 2017 [5] [3] .
9 januari 2009 start av förberedande arbete på byggarbetsplatsen.
23 juli 2009 Ryssland ansluter sig till projektet.
Den 28 september 2009 skapades en ideell organisation European XFEL GmbH för att organisera konstruktionen och driften av projektet , vars huvudägare till en början var DESY [3] .
4 februari 2010 Frankrike bekräftar sitt deltagande i projektet.
7 juli 2010 till 6 augusti 2011 läggningen av den första tunneln.
8 september 2010 Polen ansluter sig till projektet.
12 januari 2011 till 7 juni 2012 läggning av den andra tunneln.
7 oktober 2011 Spanien ansluter sig till projektet.
Den 17 juli 2012 levererades 125 magneter från Ryssland, producerade av Novosibirsk INP SB RAS [6] .
Den 6 juni 2013 avslutades allt underjordiskt arbete.
30 september 2013 installation av en elektroninjektor.
18 december 2014 Storbritannien går med i projektet.
Den 25 augusti 2015 installerades den första vetenskapliga utrustningen.
Den 1 mars 2016 monterades den första undulatorn.
26 september 2016 installation av supraledande acceleratorsegment i tunneln.
Den 6 oktober 2016 är det officiella idrifttagningsdatumet för anläggningen [7] .
Den 1 september 2017 lanserades officiellt European X-ray Free Electron Laser [8] .
Studiet av proteiner, celler och deras membran både statiskt och dynamiskt i förändringsprocessen.
För att studera strukturen hos sådana material är det nödvändigt att de är i kristallin form. Kristalliseringen av biologiska molekyler är inte en lätt uppgift, och ansträngningarna att erhålla kristaller av tillräcklig storlek och kvalitet för synkrotronforskning har tagit år, om inte decennier, medan efterföljande stadier är mycket snabbare.
XFEL har redan visat en kvalitativ förbättring jämfört med synkrotroner i sin förmåga att få information om strukturen hos kristaller mindre än en mikrometer. Till exempel avlästes en tidigare okänd proteinstruktur (cysteinproteaset cathepsin B) med subnanometerupplösning. Det var den allra första biologiska strukturen som identifierades av en fri elektronlaser. Detta protein spelar en viktig roll i patogenesen av sömnsjuka, en sjukdom som är utbredd i Afrika och orsakar tiotusentals dödsfall varje år. Den nya kunskapen kan användas mot de parasiter (tsetsefluga) som orsakar sjukdomen.
Med tanke på de ultrakorta XFEL-pulserna blev det också möjligt att fånga biologiska processer i molekyler i rörelse och få tydliga bilder av även mycket snabba högtalare.
För några år sedan upptäckte man att korta cirkulärt polariserade laserpulser, som kan vara höger- eller vänsterhänta, kan ändra magnetisk polaritet snabbare på hårddiskplattor än med den traditionella metoden.
Den europeiska XFEL är utrustad med en speciell anordning för att generera cirkulärt polariserade pulser och möjliggör forskning i denna riktning.
Den så kallade starttiden för lasern är planerad för år framåt. Forskare från olika länder skickar ansökningar till ledningen för European Laser om tillgång till utrustning för att kunna bedriva forskning om den inom fysik, kemi, materialvetenskap, medicin, biologi och andra vetenskaper.