Европейский XFEL - European XFEL

Координаты: 53 ° 35′20 ″ с.ш. 9 ° 49′44 ″ в.д. / 53,589 ° с. Ш. 9,829 ° в. / 53.589; 9.829

European X-Ray Free-Electron Laser Facility GmbH
Фундаментальные исследования
Основан23 сентября 2009 г.; 11 лет назад (2009-09-23)[1]
Штаб-квартираШенефельд, Германия
Интернет сайтwww.xfel.ЕС
Все страны-участницы европейского проекта XFEL выделены темно-фиолетовым цветом.

В Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (Европейский XFEL) является Рентгеновский исследование лазер объект введен в эксплуатацию в 2017 году. Первые лазерные импульсы получены в мае 2017 года.[2][3] и объект был введен в эксплуатацию в сентябре 2017 года.[4] Международный проект с двенадцатью странами-участницами; девять акционеров на момент ввода в эксплуатацию (Дания, Франция, Германия, Венгрия, Польша, Россия, Словакия, Швеция и Швейцария), к которым позже присоединились еще три партнера (Италия, Испания и Великобритания),[5][6] находится в федеральных землях Германии Гамбург и Шлезвиг-Гольштейн.[7] А лазер на свободных электронах генерирует высокоинтенсивный электромагнитное излучение ускоряя электроны до релятивистский скорости и направляя их через специальные магнитные конструкции. Европейский XFEL построен таким образом, что электроны синхронно генерируют рентгеновский свет, в результате чего возникают импульсы рентгеновского излучения высокой интенсивности со свойствами свет лазера и с интенсивностью намного более яркой, чем у обычных синхротрон источники света.

Расположение

Туннель длиной 3,4 км (2,1 мили) для европейского XFEL, в котором находится сверхпроводящий линейный ускоритель и фотон лучи проходят под землей от 6 до 38 м (от 20 до 125 футов) от площадки DESY исследовательский центр в Гамбурге в г. Шенефельд в земле Шлезвиг-Гольштейн, где расположены экспериментальные станции, лаборатории и административные здания.[8]

Ускоритель

Электроны ускоряются до энергии до 17,5 ГэВ линейным ускорителем длиной 2,1 км (1,3 мили) со сверхпроводящим ВЧ-резонаторы.[8] Использование сверхпроводящих ускоряющих элементов, разработанных в DESY позволяет выполнять до 27000 повторений в секунду, что значительно больше, чем у других рентгеновских лазеров в США и Японии.[9] Затем электроны вводятся в магнитные поля специальных массивов магнитов, называемых ондуляторы, где они движутся по искривленным траекториям, что приводит к испусканию рентгеновских лучей с длиной волны в диапазоне от 0,05 до 4,7 нм.[8]

Лазер

Рентгеновские лучи генерируются самоусиленное спонтанное излучение (SASE), где электроны взаимодействуют с излучением, которое испускают они или их соседи. Поскольку невозможно построить зеркала для отражения рентгеновских лучей при многократном прохождении через усиливающую среду электронного луча, как и в случае с световыми лазерами, рентгеновские лучи генерируются за один проход через луч. Результатом является спонтанное излучение рентгеновских фотонов, которые когерентны (синфазны), как лазерный свет, в отличие от рентгеновских лучей, излучаемых обычными источниками, такими как Рентгеновские аппараты, которые бессвязны. Пиковая яркость европейского XFEL в миллиарды раз выше, чем у обычных рентгеновских источников света, а средняя яркость в 10 000 раз выше.[8] Более высокая энергия электронов позволяет производить более короткие волны.[9] Длительность световых импульсов может быть менее 100 фемтосекунды.[8]

Инструменты

Ученые со всего мира проводят шесть экспериментов внутри XFEL. Во всех этих экспериментах используется рентгеновское излучение.

Фемтосекундные рентгеновские эксперименты (FXE)

Одиночные частицы, кластеры и биомолекулы и последовательная фемтосекундная кристаллография (SPB / SFX)

Спектроскопия и когерентное рассеяние (SCS)

Малые квантовые системы (SQS)

Прибор SQS разработан для исследования фундаментальных процессов взаимодействия света и вещества в мягком рентгеновском излучении с длиной волны. Типичные объекты исследования находятся в диапазоне от отдельных атомов до больших биомолекул, а типичные методы - это различные спектроскопические методы.[10]Прибор SQS включает три экспериментальные станции:

  • Атомоподобные квантовые системы (AQS) для атомов и малых молекул
  • Квантовые системы наноразмеров (NQS) для кластеров и наночастиц
  • Микроскоп реакции (SQS-REMI), позволяющий полностью охарактеризовать процесс ионизации и фрагментации путем анализа всех продуктов, образующихся при взаимодействии мишени с FEL импульсы

Диапазон энергии фотонов от 260 до 3000 эв (от 4,8 до 0,4 нм). Ультракороткие импульсы ЛСЭ длительностью менее 50 фс в сочетании с синхронизированным оптическим лазером позволяют улавливать сверхбыструю ядерную динамику с беспрецедентным разрешением.

Материя с высокой плотностью энергии (HED)

Визуализация материалов и динамика (MID)

Исследование

Короткие лазерные импульсы позволяют измерять химические реакции, которые слишком быстры, чтобы их можно было зафиксировать другими методами. В длина волны рентгеновского лазера может изменяться от 0,05 до 4,7 нм, что позволяет проводить измерения на атомный масштаб длины.[8]

Первоначально один фотон может использоваться канал с двумя экспериментальными станциями.[8] Позже это будет модернизировано до пяти каналов пучка фотонов и до десяти экспериментальных станций.[11]

Экспериментальные лучевые каналы позволяют проводить уникальные научные эксперименты с использованием высокой интенсивности, когерентности и временной структуры нового источника в различных дисциплинах, охватывающих физика, химия, материаловедение, биология и нанотехнологии.[12]

История

Модули ускорителей при строительстве в 2015 г.

В Федеральное министерство образования и исследований Германии предоставила разрешение на строительство объекта 5 июня 2007 года стоимостью 850 миллионов евро при условии, что он будет финансироваться как европейский проект.[13] Европейский XFEL GmbH , построившая и эксплуатирующая объект, была основана в 2009 году.[14] Строительное строительство объекта началось 8 января 2009 года. Строительство тоннелей было завершено летом 2012 года.[15] и все подземное строительство было завершено в следующем году.[16] Первые лучи были ускорены в апреле 2017 года, а первые рентгеновские лучи были получены в мае 2017 года.[2][3] XFEL был открыт в сентябре 2017 года.[4] Общая стоимость строительства и ввода объекта в эксплуатацию на 2017 год. оценивается в 1,22 млрд евро (уровень цен 2005 г.).[8]

использованная литература

  1. ^ «HRB 111165: основана компания European XFEL GmbH!». 13 октября 2009 г.. Получено 17 июля 2018.
  2. ^ а б «Самый большой в мире рентгеновский лазер излучает свой первый свет». 4 мая 2017. Получено 4 мая 2017.
  3. ^ а б "Größter Röntgenlaser der Welt erzeugt erstes Laserlicht" (на немецком). 4 мая 2017. Получено 4 мая 2017.
  4. ^ а б «Открытие международного европейского рентгеновского лазера XFEL». 1 сентября 2017 г.. Получено 2 сентября 2017.
  5. ^ «Европейский XFEL - Организация - Компания - Акционеры». www.xfel.eu. Получено 6 декабря 2018.
  6. ^ Массимо Альтарелли, изд. (2014). Годовой отчет 2014 (PDF). European X-ray Free-Electron Laser Facility Gmbh. п. 10.
  7. ^ "Европейская проектная группа DESY XFEL". Получено 20 декабря 2007.
  8. ^ а б c d е ж г час «Факты и цифры о европейском XFEL». Получено 2 сентября 2017.
  9. ^ а б «Европейский XFEL в сравнении». Архивировано из оригинал 9 мая 2017 г.. Получено 4 мая 2017.
  10. ^ https://www.xfel.eu/facility/instruments/sqs/index_eng.html
  11. ^ "Как это устроено". Получено 4 сентября 2017.
  12. ^ "Наука". Получено 4 сентября 2017.
  13. ^ «Запуск европейского XFEL».
  14. ^ Новости Европейского XFEL: «HRB 111165: основана компания European XFEL GmbH!»
  15. ^ Новости Европейского XFEL: «Строительство тоннеля завершено»
  16. ^ Новости Европейского XFEL: «Завершено подземное строительство европейского XFEL»

внешние ссылки