Verdens største røntgenlaser åbner store forskningsudsigter

En slank, underjordisk røntgenlaser afsløres fredag ​​i Tyskland, langt den mest magtfulde i verden, har videnskabsmænd på et dusin felter, der trænger sig på for at træne dens mægtige stråle på deres projekter.

Europæisk XFEL vil afsløre - og fange i billeder - hemmeligheder på subatomare niveau, lovende gennembrud inden for medicin, biologi, energi, informationsteknologi og kemi.

Det vil kortlægge den molekylære arkitektur af vira og celler; gengive tredimensionelle nano-skala snapshots; og film kemiske reaktioner, når de udfolder sig.

Jordforskere bør være i stand til at kopiere og studere processer, der forekommer dybt inde i planeter, herunder vores egen.

"Laseren er den største, og den mest magtfulde, kilde til røntgenstråler, der nogensinde er lavet, "Olivier Napoly, medlem af den franske atomenergikommission, der hjalp med at bygge komplekset, fortalte AFP.

Den europæiske røntgenfri elektronlaser, eller XFEL, ligger i en række tunneler op til 38 meter (125 fod) under jorden nær byen Hamburg.

Dens midtpunkt er verdens længste - 1,7 kilometer (en mil) - superledende lineær accelerator, designet til at levere den energi, der er nødvendig for at generere røntgenblink en milliard gange lysere end de bedste konventionelle strålekilder.

Det er 27, 000 røntgenblink pr. Sekund, sammenlignet med de 120/sek. produceret af en laser af samme type ved US National Accelerator Laboratory i Stanford, Californien, og 60/sek genereret af en anden i Japan.

Til røntgenlasere, glans måles i antallet af fotoner-sub-atomare lyspartikler uden elektrisk ladning, der bevæger sig med lysets hastighed-genereret ved en bestemt strålingsbølgelængde, fra gamma- og røntgenstråler med høj energi, til lavenergi-infrarød og radiobølger.

Uber-laseren er "som et kamera og et mikroskop, der vil gøre det muligt at se flere små detaljer og processer i nanoworld end nogensinde før, "Robert Feidenhan'l, formand for det europæiske XFEL -bestyrelse, fortalte AFP.

Sådan fungerer det:For at generere røntgenblink, bundter af elektroner accelereres først til høje energier nær lysets hastighed.

Filmlignende sekvenser

Elektronerne - ladet med elektrisk kraft - kører derefter gennem et arrangement af magneter, der tvinger partiklerne til en tæt, svingende slalombane.

I processen, hver enkelt elektron udsender røntgenstråling, der bliver mere og mere forstærket.

Elektronerne samles gradvist til et væld af ultratynde diske, giver dem mulighed for at udsende deres lys i synkronisering og producere ekstremt korte, intense røntgenstråler af laserlys.

Forskere, der arbejder inden for medicin, er ivrige efter at træne disse glimt på de mindste byggesten i levende væv, hvad enten det er mennesker eller patogener.

Som en mekanisk maskine med bevægelige dele, biologiske molekyler, der udfører deres respektive opgaver, ændrer struktur. Den ultrakorte varighed af XFEL-impulser vil skabe filmlignende sekvenser, der kan registrere disse ændringer som aldrig før.

På energiområdet, forskere håber at bruge de kraftfulde lasere til at forbedre effektiviteten af ​​solceller og brændselsceller.

1,5 milliarder euro (1,7 milliarder dollar) XFEL er en opskaleret version af en mindre, frielektronlaser kaldet FLASH, som har været i brug siden 2005.

Indtil 2009, det var den eneste maskine af sin art, der producerede laserlignende, kortbølge ultraviolet stråling.

I spidsen for Deutsches Elektronen-Synchrotron, det Hamburg-baserede forskningscenter, der byggede FLASH, den europæiske XFEL blev født af en international aftale, der blev indgået i 2009.

Ti europæiske lande og Rusland slog til med kontanter og/eller ressourcer, og Storbritannien har lovet at tilslutte sig konsortiet snart.

Eksisterende medlemmer omfatter Danmark, Frankrig, Tyskland, Ungarn, Italien, Polen, Rusland, Slovakiet, Spanien, Sverige og Schweiz.

Først udviklet i 1977, frielektronlasere-hvilket betyder, at elektronerne er blevet adskilt fra deres atomkerne-frembragte en højenergistråle af elektroner. Den, der blev bygget i Hamborg, fungerede i røntgenspektret.

European XFEL er en såkaldt "fjerde generation" laser af denne type. Hovedforskellen med den tredje generations forgænger er skiftet fra en cirkulær til en lineær accelerator.

© 2017 AFP