Uruchomiono największy laser rentgenowski na świecie. Współudziałowcem NCBJ

Najpotężniejszy laser rentgenowski wyemitował swoją pierwszą wiązkę. Urządzenie znajduje się w Hamburgu a jego udziałowcem jest m.in. Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku.

Europejski rentgenowski laser na swobodnych elektronach (European XFEL, X-ray free-electron laser) ma zostać w pełni uruchomiony we wrześnie tego roku. To najbardziej zaawansowane urządzenie tego typy na świecie. Mierzy prawie 3,5 kilometra i znajduje się w Hamburgu – sześć metrów pod ziemią na terenie ośrodka badawczego DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron – Niemiecki Synchrotron Elektronowy). DESY to jeden z największych ośrodków naukowych w Europie.

W budowę urządzenia zaangażowanych było 11 europejskich krajów w tym Polska. Warto też dodać, że Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku (NCBJ) jest współudziałowcem przedsięwzięcia.

„Jego początkowym elementem jest akcelerator liniowy o długości 2,1 km. Ma on przyspieszać elektrony do energii 17,5 miliardów elektronowoltów. W dalszych częściach konstrukcji będą one rozdzielane na kilka wiązek i kierowane do układów potężnych magnesów (ondulatorów). Niejednorodne pole magnetyczne zmusi elektrony do emisji laserowego promieniowania rentgenowskiego o własnościach pozwalających, by z jego pomocą prowadzić badania fizyczne chemiczne, biologiczne i inżynierskie” – czytamy w komunikacie na stronach NCBJ.

W tym niezwykłym, najdłuższym na świecie urządzeniu tego typu zastosowano nadprzewodzące wnęki przyspieszające. Ich schładzanie do temperatury -271°C trwało ok. dwóch miesięcy, po czym mogły rozpocząć się pierwsze testy całego akceleratora.

Jak przypomniał rzecznik NCBJ Marek Sieczkowski, w końcu marca Polska – jako pierwszy z udziałowców – zrealizowała ostatnią ratę swoich zobowiązań gotówkowych w budowę XFELa, wynoszących łącznie 8,75 mln euro. Wartość polskiego wkładu rzeczowego wyniesie 19 mln euro z czego wykonano już ponad 96 proc. Były to dostawy i usługi instytutów i firm z Krakowa i Wrocławia oraz NCBJ. Dostarczone komponenty podlegały ścisłym testom pod kątem ich parametrów użytkowych na terenie DESY. Polskim udziałowcem European XFEL GmbH jest NCBJ, które koordynuje całość polskiego wkładu w budowę lasera.

Technicy i naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie opracowali m.in. specjalistyczne procedury i oprogramowanie służące do przeprowadzania pomiarów parametrów pracy nadprzewodzących rezonatorów pola wysokiej częstotliwości wchodzących w skład akceleratora oraz jego kompletnych modułów przyspieszających. Uczeni przeprowadzili także testy rezonatorów i zestawów magnesów nadprzewodzących służących do ogniskowania i sterowania wiązką elektronową.

Z kolei Wydział Mechaniczno-Energetyczny Politechniki Wrocławskiej, Wrocławski Park Technologiczny, firmy Kriosystem (Wrocław) oraz KATES (Olsztyn) zaprojektowały i wykonały m.in. linię kriogeniczną do transportu ciekłego helu.

NCBJ opracowało, wykonało i przetestowało ponad tysiąc anten usuwających z przyspieszającego pola elektromagnetycznego szkodliwe częstotliwości (tzw. sprzęgacze HOM), kilkaset anten diagnostycznych montowanych w rezonatorach nadprzewodzących (Pick-up) oraz ok. 100 absorberów służących eliminacji niepożądanych drgań pola elektromagnetycznego.

„European XFEL przewyższa konwencjonalne lasery jasnością i krótkim czasem trwania impulsu oraz możliwością strojenia w szerokim zakresie długości fali. European XFEL będzie generował 27 tysięcy razy na sekundę ultrakrótkie impulsy światła laserowego o natężeniu miliardy razy przewyższającym intensywność wiązek emitowanych przez najlepsze konwencjonalne źródła promieniowania rentgenowskiego” – czytamy z kolei na stronach PAP.

Dzięki temu naukowcy będą mogli np. obrazować szczegółową strukturę wirusów, co ma pomóc w opracowaniu przyszłych lekarstw; wnikać w molekularne mechanizmy funkcjonowania komórek; rejestrować trójwymiarowe obrazy obiektów nanoświata; filmować przebieg reakcji chemicznych (np. proces formowania się lub zrywania wiązania chemicznego); a także zgłębiać procesy zachodzące we wnętrzu planet i gwiazd. Urządzenie umożliwi również modyfikacje istniejących materiałów, jak i opracowanie zupełnie nowych.

 

Źródło: NCBJ, PAP, fot. European XFEL