| Európai röntgensugármentes elektronlézer ( XFEL ) | |
|---|---|
| | |
| nemzetközi név | angol Európai röntgen-szabadelektron-lézer |
| Alapított | 2017 |
| Elhelyezkedés | Hamburg , Schönefeld |
| Legális cím | 22869, Holzkoppel 4, Schönefeld , Németország |
| Weboldal | xfel.eu |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
Az európai röntgen-szabadelektron-lézer ( European XFEL ) egy nemzetközi projekt a világ legnagyobb szabadelektron-lézerének létrehozására [1] . A projektet a DESY kutatóközpont fejlesztette ki, és 2002-ben mutatták be [2] . A lézer megépítésére és üzembe helyezésére 1,22 milliárd eurót költöttek. Ennek az összegnek az 58%-át Németország, 27%-át Oroszország biztosította [3] [1] .
A 3,4 kilométer hosszú lézeres létesítmény Németországban található, 6-38 méter mélyen a föld alatt, és a hamburgi DESY laboratóriumtól Schönefeld külvárosáig húzódik, ahol adminisztratív épületek, kísérleti állomások és laboratóriumok épülnek egy 15 hektár .
A lézer nagy intenzitású szinkrotron sugárzást hoz létre, amelyet relativisztikus sebességre gyorsított elektronok bocsátanak ki. Az XFEL-t úgy tervezték, hogy az elektronok szinkronizált módon állítsák elő a röntgensugarakat , ami a lézersugárzás tulajdonságaival és a hagyományos , úgynevezett harmadik generációs SR-forrásoknál jóval nagyobb intenzitású röntgenimpulzusokat biztosít . A lézer lesz a világ legerősebb röntgenforrása [4] .
Az elektronok egy 17,5 GeV maximális energiájú szupravezető lineáris gyorsítón keresztül a hullámzók mágneses mezejébe esnek , ahol görbült ( szinuszos ) pályákon mozognak , és a röntgentartományban bocsátanak ki. A szupravezetés hatásának megteremtésére a gyorsító elemeit folyékony héliummal mínusz 271 °C hőmérsékletre hűtik [3] .
A röntgensugarakat önerősítő spontán emisszió generálja , amikor az elektronok kölcsönhatásba lépnek a közeli elektronok által termelt sugárzással. A hullámcsomagok spontán kibocsátása másodpercenként akár 30 000 impulzus elérését teszi lehetővé, és a sugárzás fényereje nagyságrendekkel nagyobb lesz, mint a meglévő analógoké.
Az impulzusok időtartama nem haladja meg a 100 femtoszekundumot , ami lehetővé teszi olyan kémiai reakciók tanulmányozását, amelyek túl gyorsak ahhoz, hogy más módszerekkel vizsgálják. A röntgenlézerfény hullámhossza 0,05 és 6 nm között változik , ami lehetővé teszi az atomhosszúság skálán történő mérést.
Először 3 fotonnyaláb kimeneti csatorna létrehozását tervezik 6 kísérleti állomással , a jövőben ezeket a számokat 5 csatornára és 10 állomásra tervezik. A lézert fizika, kémia, anyagtudományi, biológia és nanotechnológiai kísérletekhez fogják használni.
A kutatás három alagút végén található földalatti laboratóriumokban zajlik. 2021-től hat labor (más néven műszer ) létezik, két labor minden alagúthoz:
Femtoszekundumos X-Ray Experiments (FXE) Részecskék, klaszterek, biomolekulák; femtoszekundumos krisztallográfia (Egyedi részecskék, klaszterek és biomolekulák és sorozatos femtoszekundumos krisztallográfia, SPB/SFX) Spektroszkópia és koherens szórás (SCS) Kis kvantumrendszerek (Small Quantum Systems, SQS)A kísérleti laboratórium a lágy röntgensugárzás anyaggal való kölcsönhatását vizsgálja. A tipikus kutatási tárgyak az egyes atomoktól a nagy molekulákig terjednek. Kutatási módszerek – a spektroszkópia különböző változatai. A laboratóriumban három állomást használnak:
Az építkezésben 12 ország vett részt: Dánia, Franciaország, Németország, Magyarország, Olaszország, Lengyelország, Oroszország, Szlovákia, Spanyolország, Svédország, Svájc és az Egyesült Királyság. Az építési munkálatok 2009-ben kezdődtek. A hivatalos megnyitóra 2017-ben került sor [5] [3] .
2009. január 9. az előkészítő munka megkezdése az építkezésen.
2009. július 23. Oroszország csatlakozik a projekthez.
A projekt kivitelezésének és üzemeltetésének szervezésére 2009. szeptember 28-án létrejött az European XFEL GmbH non-profit szervezet , melynek fő részvényese kezdetben a DESY [3] volt .
2010. február 4. Franciaország megerősíti részvételét a projektben.
2010. július 7. és 2011. augusztus 6. között az első alagút lefektetése.
2010. szeptember 8. Lengyelország csatlakozik a projekthez.
2011. január 12-től 2012. június 7-ig a második alagút lefektetése.
2011. október 7. Spanyolország csatlakozik a projekthez.
2012. július 17-én 125 mágnest szállítottak Oroszországból, amelyeket a Novoszibirszki INP SB RAS [6] gyártott .
2013. június 6-án minden földalatti munka befejeződött.
2013. szeptember 30. elektroninjektor telepítése.
2014. december 18. Az Egyesült Királyság csatlakozik a projekthez.
2015. augusztus 25-én került sor az első tudományos berendezések felszerelésére.
2016. március 1-jén összeszerelték az első hullámosítót.
2016. szeptember 26. szupravezető gyorsító szegmensek telepítése az alagútban.
2016. október 6. az üzem hivatalos üzembe helyezésének dátuma [7] .
2017. szeptember 1-jén hivatalosan is elindult az európai röntgen-mentes elektronlézer [8] .
Fehérjék, sejtek és membránjaik statikus és dinamikus vizsgálata a változás folyamatában.
Az ilyen anyagok szerkezetének tanulmányozásához kristályos formában kell lenniük. A biológiai molekulák kristályosítása nem egyszerű feladat, és a szinkrotronkutatáshoz kellő méretű és minőségű kristályok előállítására irányuló erőfeszítések évekbe, ha nem évtizedekbe teltek, miközben a későbbi szakaszok sokkal gyorsabbak.
Az XFEL minőségi javulást mutatott a szinkrotronokhoz képest a mikrométernél kisebb kristályok szerkezetéről való információszerzési képességében. Például egy korábban ismeretlen fehérjeszerkezetet (cisztein-proteáz katepszin B) olvastunk le nanométeres felbontással. Ez volt a legelső biológiai szerkezet, amelyet szabad elektronlézerrel azonosítottak. Ez a fehérje fontos szerepet játszik az alvászavar patogenezisében, amely betegség Afrikában elterjedt, és évente több tízezer ember halálát okozza. Az új ismeretek a betegséget okozó paraziták (cetselégy) ellen is felhasználhatók.
Ezenkívül az ultrarövid XFEL impulzusok révén lehetővé vált a biológiai folyamatok megörökítése a mozgó molekulákban, és még a nagyon gyors hangszórókról is tiszta képeket kaphat.
Néhány éve felfedezték, hogy a rövid, körkörösen polarizált lézerimpulzusok, amelyek jobb- vagy balkezesek is lehetnek, gyorsabban képesek megváltoztatni a mágneses polaritást a merevlemezes tálcákon, mint a hagyományos módszerrel.
Az európai XFEL speciális berendezéssel van felszerelve cirkulárisan polarizált impulzusok generálására, és lehetővé teszi az ilyen irányú kutatásokat.
A lézer úgynevezett indítási idejét évekre előre tervezik. Különböző országok tudósai kérelmeket küldenek az Európai Lézer vezetőségéhez, hogy hozzáférjenek a berendezésekhez, hogy kutatásokat végezhessenek a fizika, kémia, anyagtudomány, orvostudomány, biológia és más tudományok területén.