В Гамбурге состоялась торжественная церемония запуска самого крупного в мире лазера на свободных электронах XFEL, который отныне готов к проведению экспериментов и исследований. 

Ультракороткие рентгеновские импульсы новой международной установки открывают недоступные сегодня возможности для множества экспериментов, среди которых – фотографирование процесса сверхбыстрых химических реакций, анализ мельчайших структур белков и других наноразмерных объектов. Уже осенью начинают работу две пользовательские станции, предназначенные для исследований в различных областях науки. Одна из них — «Фемтосекундные рентгеновские эксперименты», (Femtosecond X-ray Experiments, неофициальное название «Молекулярное кино») позволит фиксировать реакции, происходящие в течение квадриллионной доли секунды: так, исследователи смогут увидеть «вживую» процесс фотосинтеза — превращения света в химическую энергию. Вторая — «Станция для исследования отдельных кластеров и биомолекул и параллельной фемтосекундной кристаллографии» (SPB/SFX, Single Particles, Clusters, and Biomolecules / Serial Femtosecond Crystallography) предназначена для анализа мельчайших структур (вирусов и макромолекул) на атомном уровне.

 

Всего в проекте участвуют 12 стран, причем по степени вовлеченности Россия занимает второе место после Германии. Стоимость создания установки составила 1,22 млрд евро в (в ценах 2005 года), при этом Российская Федерация взяла на себя 27% этих расходов. Большую часть вложенных средств российские организации получили в виде заказов на разработку и производство научного оборудования. Среди российских участников — Курчатовский институт (Москва, Протвино, Санкт-Петербург), Институт ядерных исследований РАН (Москва), Институт кристаллографии РАН (Москва), Институт ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения РАН (Новосибирск), Физико-технический институт имени Иоффе РАН (Санкт-Петербург), предприятие Росатома НИИЭФА имени Ефремова (Санкт-Петербург), Объединенный институт ядерных исследований (Дубна), МИФИ, МФТИ, МГУ и другие организации.

Предполагается, что использование главного ресурса установки — пучкового времени — будет осуществляться с учетом вклада каждой страны в создание установки. 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 приступят к работе уже в сентябре.  

Лазерная установка длиной 3,4 километра расположена на глубине от 6 до 38 метров под землей и протянулась от лаборатории DESY в Гамбурге до окраины Шенефельда, там же находится исследовательский центр. Принцип работы лазера на свободных электронах следующий: излучение в нем создает пучок электронов, разогнанный почти до скорости света. В XFEL для этого используется самый большой в мире сверхпроводящий линейный ускоритель длиной 1,7 км. Ускоренный пучок попадает в ондулятор – устройство с периодическим магнитным полем. Двигаясь в нем по зигзагообразной траектории, электроны излучают фотоны. Диапазон излучения существующих ЛСЭ – от терагерцового до рентгеновского. Новая установка будет генерировать ультракороткие рентгеновские вспышки с рекордной частотой - 27 000 раз в секунду, а ее пиковая яркость - в миллиард раз выше обычных источников рентгеновского излучения.



Как отметил президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук, в основе прибора лежат идеи, высказанные советскими, российскими физиками еще в 1980 году, и поэтому российских ученых можно считать интеллектуальными донорами проекта XFEL, создателями интеллектуальной собственности. 

Подробное интервью с президентом Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаилом Ковальчуком об участии Курчатовского института в крупнейших международных проектах читайте в ближайшем номере нашего журнала.