В пятницу в Гамбурге пройдет церемония открытия проекта XFEL — самого большого и яркого рентгеновского лазера на свободных электронах. Он будет способен "фотографировать" мельчайшие структуры вроде отдельных молекул и очень быстрые процессы, например химические реакции.
Вместе с редакцией научно-популярного портала "Чердак" мы разобрались, как устроен лазер и какие проекты при помощи него планирует реализовать Россия.
Зачем нужен XFEL?
Ученые планируют использовать лазер для создания новых материалов, лекарств и научных исследований в сфере энергетики, электроники и химии.
Например, одна российская команда уже готовится ехать на XFEL, чтобы изучать свойства материалов для органических светодиодов, которые используются в том числе при производстве дисплеев для техники.
Кроме того, рентгеновские вспышки XFEL будут настолько сильными, что с их помощью можно будет создавать условия, похожие на условия в недрах звезд и планет — одно такое исследование уже планируют провести ученые из Германии.
Как он устроен?
Туннель длиной 3,4 километра, пролегающий на глубине от 6 до 38 метров, начинается в Гамбурге и тянется до города Шенефельд в земле Шлезвиг-Гольштейн. Там же расположен исследовательский центр, где будут работать ученые.
Свои уникальные исследовательские свойства лазер приобретает благодаря электронам, разогнанным до очень высоких скоростей. В XFEL сверхпроводящий линейный ускоритель частиц длиной 1,7 километра будет разгонять их до энергии 17,5 ГэВ (гигаэлектронвольт). В дальнейшем установку можно будет довести до 20 ГэВ.
После разгона до таких высоких энергий электроны направляются через специальные магнитные системы — ондуляторы. При этом частицы испускают излучение, которое постепенно усиливается до очень коротких и интенсивных рентгеновских вспышек. XFEL будет производить 27 тысяч вспышек в секунду, каждая — длительностью менее 100 фемтосекунд (фемтосекунда — это одна квадриллионная доля секунды). По средней яркости XFEL уже во много раз превосходит существующие аналоги.
Каков вклад России?
В строительстве и эксплуатации XFEL участвуют Венгрия, Германия, Дания, Испания, Италия, Польша, РФ, Словакия, Франция, Швейцария и Швеция. В конце 2017 года к проекту присоединится Великобритания.
Россию в проекте представляет НИЦ "Курчатовский институт".
Общая стоимость установки — 1,22 миллиарда евро (в ценах 2005 года). Доля РФ в расходах на строительство составила 26% (крупнейшая после Германии, у которой — 57%).
Российские специалисты представлены во всех управляющих органах XFEL и формируют программу его научных экспериментов. Ученые из Южного федерального университета, МФТИ и других вузов в ближайшее время начнут работу на объекте в составе первых экспериментальных групп.
Кроме того, Курчатовский институт рассчитывает получить статус центра обработки данных XFEL. В будущем Россия может создать в комплексе и собственные исследовательские станции.
"Это крупнейший международный проект с российским участием, по российской идее, где Россия является не только автором, но и вторым по величине инвестором. Мы реально впервые получили возможность влиять на научную программу, технологическую программу и на наши позиции на мировом научном ландшафте", — считает Михаил Попов, заместитель директора по международной деятельности НИЦ "Курчатовский институт".
Ольга Добровидова