Рентгеновский лазер на свободных электронах собственно лазером, то есть особого рода источником оптического излучения, не является. Такое название получило устройство, в котором рентгеновское излучение, аналогичное по свойствам лазерному излучению, создает пучок электронов, разогнанный до скоростей, близких к скорости света.
В крупнейшем в мире Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах XFEL (x-ray free electron laser) для этого используется самый большой в мире сверхпроводящий линейный ускоритель длиной 1,7 км. Ускоренные электроны попадают в ондулятор – устройство, создающее в пространстве периодически изменяющееся магнитное поле. Двигаясь в нем по зигзагообразной траектории, электроны излучают в рентгеновском диапазоне.
Новая уникальная установка будет генерировать ультракороткие рентгеновские вспышки с рекордной частотой - 27 000 раз в секунду, а ее пиковая яркость ожидается в миллиард раз выше существующих источников рентгеновского излучения.
В международном проекте по созданию XFEL приняли участие 12 стран (Германия, Россия, Венгрия, Дания, Испания, Италия, Польша, Словакия, Франция, Швеция, Швейцария). Вклад России — второй по значимости после Германии и составляет 27% от общей стоимости проекта XFEL (1,22 миллиарда евро в ценах 2005 года).
Численность российских научных специалистов в штате XFEL также на втором месте после германских коллег. Кроме того, в основе установки лежат идеи, высказанные отечественными физиками. А первоисточником стала статья новосибирских ученых, опубликованная еще в 1980 году.
Выделение времени для работы на новой установке — так называемого пучкового времени — будет осуществляться с учетом вклада каждой страны в создание установки. Россия входят в тройку лидеров по числу заявок на первые эксперименты, которые начнутся с середины сентября.
В начале 2017 года более 60 научных коллективов подали заявки на проведение экспериментов на этих станциях: очередность устанавливала специальная международная экспертная комиссия. В результате были отобраны первые 14 групп исследователей, которые в сентябре приступят к работе.
Проект разрабатывался при участии 300 институтов из 36 стран. Россию в нем представляли НИЦ «Курчатовский институт» (Москва), ИЯИ РАН (Москва), ИК РАН (Москва), ИЯФ СО РАН (Новосибирск), НИИЭФА им. Ефремова (Санкт-Петербург), ОИЯИ (Дубна), Физтех им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), МИФИ (Москва), МФТИ (Москва), МГУ (Москва) и др.
Роль научного координатора и руководителя от России играл НИЦ «Курчатовский институт». Строительство установки начато в 2009 году. Большую часть вложенных средств российские организации получили в виде заказов на разработку и производство научного оборудования.
XFEL – уникальный комплекс для проведения исследований в нано- и биотехнологиях. С помощью рекордно ярких и очень коротких импульсов рентгеновского излучения исследователи смогут увидеть не только расположение атомов в молекулах, но и происходящие там процессы. Это позволит выйти на новый уровень в исследованиях в области физики, химии, материаловедения, наук о жизни, биомедицине.
Например, при создании новых лекарств специалисты, зная точное расположение атомов в молекулах белков, смогут подобрать вещества, которые будут блокировать или, наоборот, стимулировать их работу. Знание же структуры кристаллов позволит разрабатывать материалы с заданными свойствами.
Биологи получат возможность посмотреть «вживую» на процесс фотосинтеза – превращения света в химическую энергию. А на приборе «Станция для исследования отдельных кластеров и биомолекул и параллельной фемтосекундной кристаллографии» (SPB / SFX) исследователи смогут проводить анализ мельчайших структур (вирусов и макромолекул) на атомном уровне.
Церемония открытия крупнейшего в мире Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL прошла в Гамбурге (Германия) 1 сентября 2017 года. Российскую делегацию на церемонии возглавляет помощник президента РФ по науке А.А. Фурсенко. На инструменте SPB / SFX гости нажали кнопку, чтобы начать первый эксперимент по определению структуры биомолекулы. Ее структура уже известна, что позволит исследователям проверить работоспособность установки.
Автор: Алексей Понятов
