Design af en omkostningseffektiv røntgenfri elektronlaserfacilitet

Mange fremskridt inden for strukturvidenskab siden 1970'erne blev gjort ved at sondere materialer med synkrotronstråling:det vil sige højenergi røntgenstråler genereret gennem accelererende højenergielektroner. Den seneste generation af sådanne kilder, røntgenfri elektronlasere (XFEL), er langt kraftigere end deres forgængere, men er kun tilgængelige for internationale konsortier og nogle få rige lande på grund af deres høje omkostninger.

Nu har en international gruppe af eksperter udarbejdet et design til et mere kompakt og omkostningseffektivt XFEL-system, der er tilgængeligt for små lande og måske nogle enkelte laboratorier. Designet er offentliggjort i The European Physical Journal Special Topics .

De første tre generationer af disse højenergi-røntgenkilder blev genereret ved hjælp af synkrotronstrålingskilder:partikelacceleratorer, hvor elektroner bevæger sig rundt i en fast cirkulær bane og stimuleres til at udsende fotoner af elektromagnetisk stråling - typisk, men ikke altid, i X -strålerækkevidde—ved hjælp af kraftige magneter.

Fri elektronlaserteknologi involverer derimod elektroner, der accelererer langs en lineær bane mellem en række kraftige magneter kaldet en undulator. Dette stimulerer elektronerne til at producere meget korte pulser af exceptionelt højenergi røntgenstråler, langt mere intense end dem, der genereres af synkrotronkilder.

CompactLight-designundersøgelsen involverede et konsortium af 31 institutioner, hovedsageligt baseret i Europa og inklusive 23 akademiske eller offentlige laboratorier og fem private virksomheder.

Konsortiet inkluderede fællesskabet af akademiske og industrielle potentielle brugere i udformningen af ​​deres specifikationer, så de så vidt muligt er passende til nuværende og forventede fremtidige anvendelser, der spænder over fysik, kemi, materialevidenskab og strukturel biologi.

Det offentliggjorte design er lige under 500 m langt, eller omkring to tredjedele af længden af ​​SwissFEL nær Zürich. Endnu vigtigere er det, at det kan bygges for omkring 7,5 millioner euro, en brøkdel af omkostningerne ved det schweiziske anlæg. XFEL-kilder bygget til denne specifikation skulle bringe denne innovative og vigtige teknologi inden for rækkevidde af tusindvis flere videnskabsmænd over hele verden.

Flere oplysninger: G. D'Auria et al., The CompactLight Design Study, The European Physical Journal Special Topics (2024). DOI:10.1140/epjs/s11734-023-01076-0

Leveret af SciencePOD