Физики показали пучок мощнейшего лазера на свободных электронах XFEL

Опубликованы первые фотографии пучка рентгеновского излучения установки XFEL — международного сверхмощного рентгеновского лазера на свободных электронах в Гамбурге, который построен с участием России. Об этом сообщается на сайте проекта.

Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL) представляет собой установку длиной около 3,4 километра, которая расположена в системе подземных тоннелей в окрестностях Гамбурга и предназначена для получения фемтосекундных рентгеновских импульсов высокой интенсивности. Строительство установки заняло почти 8 лет, в проекте на сегодняшний день участвуют 12 стран. Общая стоимость создания лазера оценивается в 1,22 миллиарда евро (по ценам 2005 года), основной вклад внесли Германия и Россия (58 и 27 процентов от общего объема расходов соответственно). Первый пучок рентгеновского излучения был получен на XFEL весной 2017 года, а в сентябре 2017 года состоялся его официальный запуск. По средней светимости этот лазер примерно на четыре порядка превосходит синхротрон, а по максимальной светимости — на девять порядков, на сегодняшний день XFEL является мощнейшим в мире источником рентгеновского излучения. 

На опубликованных снимках путь пучка рентгеновского излучения выглядит как тонкая синяя полоса, толщиной один миллиметр, которая образована свечением возбужденных молекул азота. Из-за относительно слабого свечения фотографии были сделаны в полной темноте, а время экспозиции составило 90 секунд. Съемка велась внутри экспериментальной камеры FXE (Femtosecond X-Ray Experiments).

Впервые подобный лазер был создан в 1971 году в Стенфорде. В отличие от синхротронов, подобные установки являются линейными ускорителями частиц. Электроны в них ускоряются сверхпроводящими резонаторами и направляются в ондуляторную линию. Она состоит из огромного числа магнитов (в XFEL их более 17 тысяч) с чередующейся полярностью — они отклоняют электроны от изначальной траектории то влево, то вправо. На каждом таком повороте испускаются кванты рентгеновского излучения. За счет очень высокой интенсивности излучения, с помощью лазера можно исследовать объекты, которые его очень слабо рассеивают, например очень небольшие кристаллы. Также с помощью рентгена можно проследить и за динамическими процессами, например за изменениями молекул в ходе химических реакций или распространением ударной волны. А несколько месяцев назад вышла первая научная статья по результатам работы лазера XFEL, в которой рассказывается об определении трехмерной структуры белков лизоцима и конканавалинов A и B.

Лазеры на свободных электронах используются для исследования быстрых реакций на атомарном уровне. К примеру, с их помощью физики засняли ранее взрывы нанометровых ксеноновых кластеров и разрыв связи в молекуле иода.

Александр Войтюк