На официальной церемонии открытия самого крупного в мире Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL дан старт первому эксперименту.

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.

Представители стран участниц разрезают ленточку на церемонии открытия XFEL (фото XFEL).

Туннель основного ускорителя XFEL (фото XFEL).

Cистема питания для корректирующих магнитов, разработанная сотрудниками ИЯФ СО РАН.

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.

По материалам НИЦ «Курчатовский институт»и ИЯФ СО РАН.