Выстрел в гамбургском туннеле

Новая мегасайнс-установка, заработавшая вчера под Гамбургом, нужна не только ученым — в ней заинтересованы химическая промышленность, фармацевтика и наноиндустрия
Выстрел в гамбургском туннеле
В подземных туннелях под Гамбургом на глубине до 39 метров расположено более чем трехкилометровое устройство — лазер на свободных электронах
Фотография: DESY/Dirk Nölle

Заработал XFEL, Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах, самый крупный и дорогостоящий исследовательский проект за всю историю Германии. Как сообщили в пресс-службе Немецкого синхротронного центра DESY, первая генерация Европейского лазера стала последней вехой перед его официальным открытием в сентябре.

Среди участников проекта European XFEL — некоторые страны ЕС и Россия. Как указано на сайте проекта, 58% его стоимости покрывает ФРГ, свыше 27% — Россия, другие партнеры — от 1 до 3% каждый.

Режим генерации лазерного рентгеновского излучения пучком релятивистских электронов, положенный в основу XFEL, впервые был предложен более тридцати лет назад российскими учеными из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера. При сооружении лазера XFEL использовались в том числе технологические решения и разработки российских научно-исследовательских организаций.

Схема работы рентгеновского лазера на свободных электронах
Ондулятор направляет электроны по «слаломной» траектории, и при каждом своем очередном витке они испускают волны в рентгеновском диапазоне

Длина лазера составляет 3,4 км, установка размещена преимущественно в подземных туннелях под Гамбургом на глубине от 6 до 39 метров.

Длина волны излучения лазера составляет 0,8 нм, примерно в 500 раз меньше длины волны видимого света. XFEL генерирует синхротронное излучение высокой интенсивности, излученное электронами, которые разогнаны до скорости, близкой к скорости света.

Во время первой генерации лазер работал с частотой один импульс в секунду. В штатном режиме частота должна увеличиться до 27 000 импульсов в секунду.

Управляющий директор проекта Роберт Файденханс сказал, что объект, в создание которого свои ноу-хау вложили многие страны мира, прошел испытание с честью. А председатель правления DESY Гельмут Дош сообщил, что «первый лазерный свет, излучаемый самым передовым и самым мощным линейным ускорителем в мире, знаменует собой начало новой эры исследований в Европе. Европейский лазер XFEL предоставит нам возможность получения детальных изображений молекулярной структуры новых материалов и препаратов и новые возможности исследований биохимических реакций».

Ключевая часть ускорителя — инжектор электронов, который запускает пучки электронов в шахту линейного ускорителя длиной 2,1 км. Интенсивные пучки электронов на околосветовой скорости и сверхвысоких энергиях входят в туннель, в котором установлено 17 290 постоянных магнитов с чередующимися полюсами. Эта система магнитов, которая называется ондулятором, направляет электроны по «слаломной» траектории, и при каждом своем очередном витке они испускают экстремально короткие волны в рентгеновском диапазоне, которые затем усиливаются по мере продвижения между магнитами.

magnifier.png 58% стоимости проекта XFEL покрывает ФРГ, свыше 27% — Россия, другие партнеры — от 1 до 3% каждый

Луч этого лазера в миллиард раз ярче, чем у обычных источников синхротронного излучения, а длина волны его излучения соответствует размеру атома. Это означает, что оно может быть использовано для создания «фотографий» и «фильмов» в атомном разрешении, например, биомолекул, и это позволит лучше понимать, что лежит в основе тех или иных заболеваний и будет способствовать развитию новых методов лечения. Другие возможности включают в себя исследования в области химических процессов.

Как сообщил нам специальный представитель НИЦ «Курчатовский институт» в европейских исследовательских организациях Михаил Рычев, «значительная часть новых мегасайнс-установок двадцать первого века, к которым относится XFEL, уже на самых ранних этапах их работы, даже проектирования, начинают ориентироваться на решение прикладных задач. Иными словами, нисколько не снижая уровень традиционных исследовательских работ на подобных установках, их создатели весьма быстро эволюционируют в сторону чистой прагматики, то есть активного поиска возможностей прямого использования новых научных результатов в сегодняшней промышленности. Благодаря XFEL впервые можно будет наблюдать в реальном времени кинетику химических реакций — это открывает много новых возможностей, например в вопросах катализа, разработке новых, более эффективных катализаторов. Большое количество задач будет решено в структурной биологии за счет возможности получения трехмерных изображений белков за время одного фемтосекундного лазерного импульса. Основным потребителем здесь будет фарминдустрия». Михаил Рычев также отметил, что подобный инструмент пригодится и для решения проблем в индустрии нанотехнологий. Приятно отметить большой вклад российской науки и техники в этот суперинструмент. Как признают иностранные участники проекта, «без России XFEL не состоялся бы».

Еще по теме