Модернизированный рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL) Linac Coherent Light Source (LCLS) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики выпустил первые рентгеновские лучи, и исследователи из разных стран уже готовы к реализации амбициозной научной программы.
Модернизированный LCLS генерирует до миллиона рентгеновских вспышек в секунду, что в 8000 раз превышает производительность предыдущей модели. Это позволяет учёным изучать сверхбыстрые явления атомного масштаба, имеющие значение для многих областей — от квантовых материалов до технологий чистой энергии и медицины.
Модернизация LCLS-II откроет новую эру в исследованиях с использованием рентгеновского излучения, предоставляя беспрецедентные возможности для изучения деталей квантовых материалов с высоким разрешением для создания новых форм вычислений и коммуникаций. Ученые смогут выявлять непредсказуемые и быстротечные химические явления, чтобы добиться создания более устойчивых отраслей промышленности и технологий чистой энергии. Также будет возможно изучение того, как биологические молекулы выполняют жизненные функции, для разработки новых типов лекарств, а также исследование мира на самых быстрых временных масштабах для открытия совершенно новых областей научных исследований.
Отдел ускорительных технологий и прикладной физики (ATAP) совместно с инженерным отделом Национальной лаборатории Лоуренса Беркли разработали ключевые элементы LCLS-II, включая магнитные решетки, формирующие основу установки, современный инжектор для подачи электронов и систему управления пучком.
Успешное достижение «первого света» было результатом последовательности важных этапов, начавшихся в 2010 году с предложения об усовершенствовании исходного LCLS и вылившиеся в многолетний проект модернизации. В нём участвовали тысячи учёных, инженеров и техников из Министерства энергетики, а также множество институциональных партнёров.
Прорыв в изучении рентгеновского излучения.
XFEL генерируют сверхъяркие и сверхкороткие импульсы рентгеновского излучения, позволяющие ученым фиксировать поведение молекул, атомов и электронов с беспрецедентной детальностью в естественных временных масштабах, на которых происходят химические, биологические и материальные изменения. XFEL сыграли важную роль во многих научных достижениях, таких как создание первого «молекулярного фильма» для изучения сложных химических процессов, наблюдение в реальном времени за поглощением солнечного света растениями и водорослями, производящими кислород, которым мы дышим, а также изучение экстремальных условий, определяющих эволюцию планет и такие явления, как алмазный дождь.
В апреле 2009 года был запущен LCLS, первый в мире жесткий XFEL, излучающий рентгеновские импульсы в миллиард раз ярче прежних. При комнатной температуре электроны ускоряются через медную структуру, что ограничивает скорость работы до 120 рентгеновских импульсов в секунду.
Модернизация LCLS-II сверхпроводящим линейным ускорителем повышает уровень рентгеновской науки до нового качественного уровня. Установка способна производить до миллиона рентгеновских импульсов в секунду, что в 8000 раз больше, чем у предшественника LCLS. Создается практически непрерывный рентгеновский пучок, средняя яркость которого будет в 10 000 раз выше, чем у LCLS – это мировой рекорд для самых мощных на сегодняшний день источников рентгеновского излучения.