В Германии завершен важный этап ввода в эксплуатацию линейного ускорителяexternal link, opens in a new tab крупнейшего научного проекта European XFELexternal link, opens in a new tab (European Х-ray Free Electron Laser). Более чем 1,5 километровый линейный ускоритель XFEL охладили до температуры 2 Кельвина. Многие элементы криогенного и другого научного оборудования новой мега-установки были разработаны и изготовлены в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), а затем смонтированы специалистами института на площадках DESYexternal link, opens in a new tab. Эти работы продолжались почти 10 лет, а их стоимость превысила 20 миллионов евро. Ожидается, что первые эксперименты пользователей начнутся уже осенью 2017 года.
Распределительный блок криогенной системы (Фото: В.Анашин)В Гамбурге (Германия) завершается создание новой исследовательской мега-установки – Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах, European XFEL. Он будет обладать беспрецедентной яркостью и позволит проводить недоступные в настоящее время эксперименты во многих областях науки – от материаловедения до структурной биологии. Среди наиболее захватывающих применений – детальное исследование вирусов, расшифровка молекулярного состава клеток, получение объемных изображений нанообъектов, изучение процессов, происходящих глубоко внутри планеты.
Наиболее значительной частью вклада ИЯФ СО РАН является разработка и поставка криогенных и вакуумных систем European XFEL. Криогенные системы включают оборудование стендов для проверки сверхпроводящих модулей, распределительное устройство линейного ускорителя и криогенное оборудование инжекторного комплекса European XFEL.
Сверхпроводящие модули предназначены для ускорения электронов. Внутри каждого модуля находится 8 резонаторов, проходя через которые пучок ускоряется высокочастотным электромагнитным полем. Резонаторы работают при температуре 2 Кельвина (-271,15 °С), поэтому для получения этого режима используется переохлажденный жидкий гелий при давлении около 30 миллибар. Сверхпроводящие модули производились в нескольких странах Европы, собирались во Франции и поставлялись в DESY. ИЯФ СО РАН разработал и изготовил три криогенных стенда для их испытаний перед установкой в XFEL. В течение трех лет на стенде было проведено более 120 испытаний, 96 сверхпроводящих модулей установлены в туннель XFEL.
Туннель основного ускорителя XFEL (сайт XFEL)«Работа созданного в ИЯФ СО РАН оборудования играет ключевую роль для всей системы распределения гелия на European XFEL. Оно включает в себя сложную систему гелиевых трубопроводов и распределительных боксов, работающих при температуре до 2 Кельвина. К этим компонентам предъявляются жесткие требования по механической точности, герметичности и теплоизоляции. Все оборудование идеально удовлетворяет техническим требованиям и европейским стандартам безопасности. В ходе проекта сложилось очень тесное и продуктивное сотрудничество между специалистами DESY и ИЯФ СО РАН», – прокомментировал глава группы криогенных систем в DESY, руководитель рабочей группы в XFEL Бернд Петерсон (Bernd Petersen).
Проверка оборудования продолжалась более трех лет, и в нем непрерывно участвовало несколько человек, работающих как в лабораториях и испытательных площадках ИЯФ СО РАН, так и непосредственно в Германии, отметил кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Александр Анатольевич Краснов. Он подчеркнул, что институт получил хороший опыт работы в рамках крупного международного проекта, а экспериментальное производство Института – новые технологические возможности.
Дальнейшим шагом ввода в эксплуатацию этого грандиозного проекта будет начало работ линейного ускорителя XFEL с электронным пучком.
Ускоряющий модуль (Фото: В.Анашин)Ожидается, что первые две пользовательские станции XFEL будут запущены в 2017 году, одна из них будет называться Фемтосекундные рентгеновские эксперименты. «Она будет использоваться для изучения ультрабыстрых процессов в химии и биохимии и позволит ученым увидеть промежуточные этапы химических реакций. Эта станция может также неофициально называться «молекулярное кино», так как будет «снимать» реакции, происходящие на временных масштабах, приближающихся к фемтосекунде» – отметил пресс-атташе XFEL Джозеф Пиргросси (Joseph W. Piergrossi).
Второй пользовательский центр будет иметь название Станция для исследования отдельных кластеров и биомолекул и параллельной фемтосекундной кристаллографии. Она предназначена для анализа мельчайших структур, таких как вирусы и макромолекулы, на атомном уровне, в том числе в структурной биологии. Также она позволит приблизиться к визуализации образцов, состоящих из одной частицы, в естественном окружении, без предварительной кристаллизации, прокомментировали в пресс-службе XFEL.
