Wikipedia

European XFEL

European XFEL (ang. European X-ray Free Electron Laser) – rentgenowski laser na swobodnych elektronach w synchrotronowym centrum badawczym DESY w Hamburgu. Jest to najbardziej zaawansowane źródło impulsowego, spójnego promieniowania w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego.

Fragment akceleratora w trakcie montażu.

Infrastruktura lasera rozpościera się od ośrodka w DESY aż do oddalonej o 3,5 km miejscowości Schenefeld. Ten międzynarodowy projekt łączy naukowców i inżynierów z wielu krajów Europy i świata, w tym z Polski.

Laser edytuj

 
Undulator przed zainstalowaniem.

European XFEL emituje impulsowe wiązki laserowe o bardzo dużej mocy szczytowej, dochodzącej do kilku GW, w zakresie długości fali od 0,05 do 4,7 nanometrów (promieniowanie X)[1]. Podstawowa konstrukcja lasera ma 3,4 km długości i jest umieszczona w tunelach ciągnących się z ośrodka DESY w Hamburgu do miasteczka Schenefeld w kraju związkowym Szlezwik-Holsztyn, gdzie znajduje się ośrodek eksperymentalny wraz z podziemną infrastrukturą badawczą.

Urządzenie jest laserem na swobodnych elektronach i składa się z akceleratora i undulatora. Elektrony są przyspieszane w do energii 17,5 GeV za pomocą liniowego akceleratora o długości 2,1 km z nadprzewodzącymi wnękami mikrofalowymi[1]. Zastosowanie nadprzewodzących elementów przyspieszenia opracowanych w DESY pozwala na 27 000 powtórzeń na sekundę, znacznie więcej niż inne lasery rentgenowskie w USA i Japonii[1]. Elektrony są następnie wprowadzane do undulatora, w którym panuje specjalnie ukształtowane zmieniające kierunek pole magnetyczne, zakrzywiające tor ruchu elektronów, co powoduje emisję promieni rentgenowskich, których długość fali mieści się w zakresie od 0,05 do 4,7 nm[1]. Cykliczne zmiany kierunku ruchu elektronów synchronizują się z emitowanym promieniowaniem elektromagnetycznym tworząc impuls spójnego promieniowania.

Zastosowania edytuj

Ze względu na małą długość fali oraz bardzo krótki czas trwania impulsów laserowych (poniżej 100 fs), powstała wiązka ma wiele zastosowań badawczych w takich dziedzinach jak fizyka, chemia, materiałoznawstwo, biologia, czy nanotechnologia. Mając możliwość dostępu do (docelowo) 10 stacji pomiarowych naukowcy mają obserwować reakcje chemiczne, oglądać trójwymiarowe obrazy struktur z rozdzielczością atomową (np. cząsteczki) a także rejestrować filmy obrazujące dynamikę procesów z femtosekundową rozdzielczością czasową[2].

Historia edytuj

W lutym 2003 Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych Niemiec zezwoliło na rozpoczęcie budowy lasera na swobodnych elektronach, jako projekt europejski w ośrodku DESY. W styczniu 2009 wmurowano kamień węgielny i rozpoczęto budowę. Zakończenie prac budowlanych i przygotowanie obiektu do eksploatacji nastąpiło w 2016 roku[1], 19 kwietnia 2017 zakończono testy części akceleratorowej urządzenia[3], a testy całego lasera rozpoczęły się w maju[4]. Pełne uruchomienie lasera nastąpiło jesienią 2017[5].

Finansowanie edytuj

Koszty budowy i uruchomienia ośrodka, to około 1 220 000 000 euro (1 miliard 220 milionów według cen na rok 2005). Projekt realizowany jest przez 11 państw na terenie Niemiec. Wkład Niemiec stanowi 54% – są to fundusze federalne oraz fundusze z miasta Hamburg i kraju związkowego Szlezwik-Holsztyn, gdzie znajdują się urządzenia badawcze. Pozostałe 46% finansują kraje partnerskie, z których największy wkład ma Rosja (23%). Wkłady pozostałych dwunastu krajów wynoszą od 1 do 3,5%. Polska wnosi 3,2% wkładu rzeczowego oraz 2% wkładu ogólnie (finansowego i rzeczowego łącznie)[6].

Udziałowcy edytuj

 
Udziałowcy

W budowie lasera uczestniczyło 12 państw, z których każde reprezentowane jest przez instytucję z danego państwa. Swój wkład wniosło 11 państw, co jest równoznaczne z wykupieniem akcji[7]:

  • Dania: DASTI (Danish Agency for Science, Technology and Innovation);
  • Francja: CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) oraz CNRS (Centre national de la recherche scientifique);
  • Hiszpania: Ministerio de Ciencia e Innovación; (deklarowany wkład)
  • Niemcy: DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron);
  • Polska: NCBJ (Narodowe Centrum Badań Jądrowych);
  • Rosja: OJSC RUSNANO (Open Joint Stock Company RUSNANO);
  • Słowacja: Ministerstwo Edukacji;
  • Szwajcaria: Staatssekretariat für Bildung und Forschung;
  • Szwecja: VR (Vetenskapsrådet, Swedish Research Council);
  • Węgry: NIH (National Innovation Office);
  • Wielka Brytania: UKRI (UK Research and Innovation)
  • Włochy: Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca;

Przypisy edytuj

  1. ↑ a b c d e Strona XFEL – Liczby i fakty. [dostęp 2019-03-08]. (ang.).
  2. ↑ Strona XFEL – Enlightening Science. [dostęp 2019-05-04]. (ang.).
  3. ↑ Komunikat European XFEL: Particle accelerator for the European XFEL X-ray laser operational. [dostęp 2017-04-21]. (ang.).
  4. ↑ World's biggest ever X-ray laser shines its first light. 4 maja 2017. [dostęp 2017-05-04].
  5. ↑ International X-ray laser European XFEL inaugurated. 1 września 2017. [dostęp 2017-09-02].
  6. ↑ Strona XFEL – Wkład rzeczowy. [dostęp 2019-05-04]. (ang.).
  7. ↑ European XFEL > Partner countries. [dostęp 2019-05-04].

Bibliografia edytuj

Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=European_XFEL&oldid=68501868”