4 сентября 2017 года состоялось официальное включение в работу самого большого и самого мощного на сегодняшний день рентгеновского лазера на свободных электронах European X-ray Free Electron Laser (XFEL). Лазер XFEL, на сооружение которого было потрачено около миллиарда евро, представляет собой линейный ускоритель, имеющий несколько “портов” для вывода генерируемого излучения, размещенный в недрах подземного туннеля, общей длиной 3.4 километра.
Лазер располагается на территории Научно-исследовательского центра DESY в Гамбурге, Германия. При помощи сверхкоротких вспышек рентгеновского излучения, генерируемых лазером XFEL, ученые смогут составлять трехмерные изображения структур молекул, других частиц биологического происхождения, исследовать внутреннюю структуру и процессы, происходящие внутри различных материалов, и многое другое. При этом, съемка будет производиться со скоростью и с таким уровнем детализации, которые ранее были просто недостижимы.
Во время работы лазера XFEL электроны разгоняются внутри линейного ускорителя до энергии в 17.5 ГэВ, прежде чем попасть в область расположения череды магнитов, называемых ондуляторами. Магнитное поле ондуляторов заставляет разогнанные электроны колебаться и замедляться, и их кинетическая энергия превращается в энергию высокоэнергетического рентгеновского излучения.
После выхода на полную мощность система лазера XFEL будет способна вырабатывать до 27 тысяч импульсов интенсивного рентгеновского излучения в секунду, длина волны излучаемых рентгеновских волн может регулироваться в пределах от 0.05 до 4.7 нанометров, что позволит производить съемку с уровнем детализации вплоть до отдельных атомов. А малая длительность и высокая скорость чередования импульсов позволят получать последовательность снимков, которые можно будет “сшить” в видео, фигурантами которых будут биохимические, химические реакции и другие быстротекущие физические процессы.
С практической точки зрения возможности лазера XFEL будут использованы для исследований и разработки новых лекарственных препаратов, новых материалов и веществ для использования их в электронике, автомобильной, космической и авиационной промышленности. Помимо этого, при помощи нового рентгеновского лазера можно будет проводить исследования поведения материи, находящейся в чрезвычайных условиях, подобных условиям внутри звезд, в окрестностях черных дыр и на поверхности некоторых экзопланет.
И в заключение следует отметить, что своей первый рентгеновский “свет” лазер XFEL выработал в мае этого года. И, через несколько месяцев, потраченных на тестирование, отладку и калибровку оборудования, лазер XFEL станет доступен для ученых, которые смогут проводить свои собственные эксперименты.