Недавно модернизированный рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL) Linac Coherent Light Source (LCLS) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики успешно выпустил первые рентгеновские лучи, и исследователи со всего мира уже выстроились в очередь, чтобы приступить к реализации амбициозной научной программы.
Модернизация LCLS, обеспечивающая до миллиона рентгеновских вспышек в секунду, что в 8000 раз больше, чем у предшественника, позволяет ученым исследовать сверхбыстрые явления атомного масштаба, которые являются ключевыми для широкого спектра приложений — от квантовых материалов до технологий чистой энергии и медицины.
Модернизация, получившая название LCLS-II, создает беспрецедентные возможности, которые откроют новую эру в исследованиях с использованием рентгеновского излучения. Ученые смогут изучать детали квантовых материалов с беспрецедентным разрешением для создания новых форм вычислений и коммуникаций; выявлять непредсказуемые и быстротечные химические явления, чтобы научить нас создавать более устойчивые отрасли промышленности и технологии чистой энергии; изучать, как биологические молекулы выполняют жизненные функции, чтобы разрабатывать новые типы лекарств; изучать мир на самых быстрых временных масштабах, чтобы открыть совершенно новые области научных исследований.
Отдел ускорительных технологий и прикладной физики (ATAP) и инженерный отдел Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) сыграли ведущую роль в создании ряда важнейших компонентов LCLS-II, таких, как магнитные решетки, составляющие основу установки, современный инжектор для подачи электронов и система контроля, управляющая пучком.
Достижение "первого света" стало результатом ряда ключевых этапов, которые начались в 2010 году с идеи модернизации оригинального LCLS и переросли в многолетний проект модернизации, в котором участвовали тысячи ученых, инженеров и техников из Министерства энергетики, а также многочисленные институциональные партнеры.
XFEL генерируют сверхъяркие и сверхкороткие импульсы рентгеновского излучения, которые позволяют ученым с беспрецедентной детальностью фиксировать поведение молекул, атомов и электронов в естественных временных масштабах, на которых происходят химические, биологические и материальные изменения. XFEL сыграли важную роль во многих научных достижениях, включая создание первого "молекулярного фильма" для изучения сложных химических процессов, наблюдение в реальном времени за тем, как растения и водоросли поглощают солнечный свет, производя весь кислород, которым мы дышим, и изучение экстремальных условий, определяющих эволюцию планет и такие явления, как алмазный дождь.
LCLS, первый в мире жесткий XFEL, дал первый свет в апреле 2009 года, генерируя рентгеновские импульсы в миллиард раз ярче, чем все, что было до этого. При комнатной температуре он ускоряет электроны через медную структуру, что ограничивает его скорость 120 рентгеновскими импульсами в секунду.
Модернизация LCLS-II со сверхпроводящим линейным ускорителем выводит рентгеновскую науку на качественно новый уровень: Он может производить до миллиона рентгеновских импульсов в секунду, что в 8000 раз больше, чем LCLS, и создает практически непрерывный рентгеновский пучок, который в среднем будет в 10 000 раз ярче своего предшественника — это мировой рекорд для самых мощных на сегодняшний день источников рентгеновского излучения.