| Evropský rentgenový bezelektronový laser ( XFEL ) | |
|---|---|
| | |
| mezinárodní titul | Angličtina Evropský rentgenový laser s volnými elektrony |
| Založený | 2017 |
| Umístění | Hamburk , Schönefeld |
| Legální adresa | 22869, Holzkoppel 4, Schönefeld , Německo |
| webová stránka | xfel.eu |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
Evropský rentgenový laser s volnými elektrony ( European XFEL ) je mezinárodní projekt na vytvoření největšího laseru s volnými elektrony na světě [1] . Projekt byl vyvinut výzkumným centrem DESY a představen v roce 2002 [2] . Na stavbu a zprovoznění laseru bylo vynaloženo 1,22 miliardy eur. 58 % z této částky poskytlo Německo, 27 % Rusko [3] [1] .
Laserové zařízení dlouhé 3,4 kilometru se nachází v Německu v hloubce 6 až 38 metrů pod zemí a sahá od laboratoře DESY v Hamburku až po okraj Schönefeldu , kde jsou na ploše vybudovány administrativní budovy, experimentální stanice a laboratoře . 15 hektarů .
Laser generuje vysoce intenzivní synchrotronové záření emitované elektrony urychlenými na relativistické rychlosti. XFEL je navržen tak, aby elektrony produkovaly rentgenové záření synchronizovaným způsobem , což poskytuje rentgenové pulsy s vlastnostmi laserového záření a intenzitou daleko přesahující tradiční zdroje tzv. třetí generace SR . Laser bude nejvýkonnějším zdrojem rentgenového záření na světě [4] .
Elektrony přes supravodivý lineární urychlovač s maximální energií 17,5 GeV budou padat do magnetických polí vlnovců , kde se budou pohybovat po zakřivených ( sinusových ) trajektoriích emitujících v oblasti rentgenového záření. Pro vytvoření efektu supravodivosti jsou prvky urychlovače ochlazovány kapalným héliem na teplotu minus 271 °C [3] .
Rentgenové záření bude generováno samozesilující spontánní emisí , kdy elektrony interagují se zářením produkovaným blízkými elektrony. Spontánní emise vlnových paketů umožní získat až 30 000 pulzů za sekundu a jas záření bude řádově vyšší než u stávajících analogů.
Doba trvání pulsů nepřesáhne 100 femtosekund , což umožní studovat chemické reakce, které jsou příliš rychlé na to, aby byly studovány jinými metodami. Vlnová délka rentgenového laserového světla se bude měnit od 0,05 do 6 nm , což umožňuje měření na stupnici atomové délky.
Nejprve je plánováno vytvoření 3 výstupních kanálů fotonového paprsku se 6 experimentálními stanicemi , v budoucnu je plánováno zvýšení těchto počtů na 5 kanálů a 10 stanic. Laser bude využíván pro experimenty ve fyzice, chemii, materiálových vědách, biologii a nanotechnologiích.
Výzkum probíhá v podzemních laboratořích umístěných na konci tří tunelů. Od roku 2021 existuje šest laboratoří (jinak nazývaných nástroje ), dvě laboratoře pro každý tunel:
Femtosekundové rentgenové experimenty (FXE) Částice, shluky, biomolekuly; femtosekundová krystalografie (jednotlivé částice, shluky a biomolekuly a sériová femtosekundová krystalografie, SPB/SFX) Spektroskopie a koherentní rozptyl (SCS) Malé kvantové systémy (Small Quantum Systems, SQS)Experimentální laboratoř studuje interakci měkkého rentgenového záření s hmotou. Typické předměty studia jsou od jednotlivých atomů po velké molekuly. Metody výzkumu — různé varianty spektroskopie. V laboratoři se používají tři stanice:
Na výstavbě se podílelo 12 zemí: Dánsko, Francie, Německo, Maďarsko, Itálie, Polsko, Rusko, Slovensko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. Stavební práce začaly v roce 2009. Oficiální otevření proběhlo v roce 2017 [5] [3] .
9. ledna 2009 zahájení přípravných prací na staveništi.
23. července 2009 se k projektu připojilo Rusko.
Dne 28. září 2009 byla pro organizaci výstavby a provozu projektu vytvořena nezisková organizace European XFEL GmbH , jejímž hlavním akcionářem byla zpočátku DESY [3] .
4. února 2010 Francie potvrzuje svou účast v projektu.
7. července 2010 až 6. srpna 2011 pokládka prvního tunelu.
8. září 2010 se k projektu připojilo Polsko.
12. ledna 2011 až 7. června 2012 pokládka druhého tunelu.
7. října 2011 se k projektu připojuje Španělsko.
Dne 17. července 2012 bylo z Ruska dodáno 125 magnetů, které vyrobila společnost Novosibirsk INP SB RAS [6] .
6. června 2013 byly všechny podzemní práce dokončeny.
30. září 2013 instalace elektronového vstřikovače.
18. prosince 2014 se k projektu připojuje UK.
25. srpna 2015 bylo instalováno první vědecké zařízení.
1. března 2016 byl sestaven první vlnovec.
26. září 2016 instalace supravodivých segmentů urychlovače v tunelu.
6. října 2016 je oficiální datum uvedení elektrárny do provozu [7] .
1. září 2017 byl oficiálně spuštěn evropský rentgenový laser s volnými elektrony [8] .
Studium proteinů, buněk a jejich membrán jak staticky, tak dynamicky v procesu změn.
Pro studium struktury takových materiálů je nutné, aby byly v krystalické formě. Krystalizace biologických molekul není snadný úkol a úsilí o získání krystalů dostatečné velikosti a kvality pro výzkum synchrotronů trvalo roky, ne-li desetiletí, přičemž další fáze jsou mnohem rychlejší.
XFEL již prokázal kvalitativní zlepšení oproti synchrotronům ve své schopnosti získat informace o struktuře krystalů menších než mikrometr. Například dříve neznámá proteinová struktura (cysteinová proteáza katepsin B) byla přečtena s rozlišením pod nanometrem. Byla to vůbec první biologická struktura identifikovaná volným elektronovým laserem. Tento protein hraje důležitou roli v patogenezi spavé nemoci, nemoci, která je v Africe rozšířená a každoročně způsobuje desítky tisíc úmrtí. Nové poznatky lze použít proti parazitům (moucha tse-tse), kteří nemoc způsobují.
S ohledem na ultrakrátké pulsy XFEL bylo také možné zachytit biologické procesy v molekulách v pohybu a získat jasný obraz i velmi rychlých reproduktorů.
Před několika lety bylo zjištěno, že krátké kruhově polarizované laserové pulsy, které mohou být pravotočivé nebo levotočivé, mohou na plotnách pevného disku změnit magnetickou polaritu rychleji než tradiční metodou.
Evropský XFEL je vybaven speciálním zařízením pro generování kruhově polarizovaných pulzů a umožňuje výzkum v tomto směru.
Takzvaný čas náběhu laseru je naplánován na roky dopředu. Vědci z různých zemí posílají žádosti vedení Evropského laseru o přístup k zařízení, aby na něm mohli provádět výzkum v oblasti fyziky, chemie, vědy o materiálech, lékařství, biologie a dalších věd.