5g future | Проект XFEL. Как российские ученые работают с мегалазером
4639
post-template-default,single,single-post,postid-4639,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,,qode-title-hidden,qode_grid_1300,footer_responsive_adv,qode-content-sidebar-responsive,columns-4,qode-theme-ver-10.1.1,wpb-js-composer js-comp-ver-4.12.1,vc_responsive

Проект XFEL. Как российские ученые работают с мегалазером

В Германии ученые запустили мощный рентгеновский лазер на свободных электронах, в создании которого участвовало несколько десятков стран. Общая стоимость проекта — 1,22 млрд евро, из которых 27% вложила российская сторона. Благодаря мегаустановке можно анализировать объекты на атомном уровне, чего никак не сделать с помощью обычного оптического микроскопа.

Строительство установки началось в 2009 году, а завершилось в 2016 году, в начале сентября 2017 года ее торжественно запустили в эксплуатацию. Проект разрабатывался при участии 300 научных институтов из 36 стран. Из России в нем участвовали, например, НИЦ «Курчатовский институт», Физтех им. А.Ф. Иоффе РАН, МИФИ, МФТИ, ИТМО и многие другие. Вклад России в строительство XFEL составляет 27%, Германии – 58%, остальные страны-участницы проекта вложили от 1% до 3%.

Ученые утверждают, что лазер, чья мощность в 200 раз превышает все умения «предшественников», производит 27 тыс. импульсов в секунду. Мегаустановка позволит отслеживать химические, биологические реакции, физические процессы на атомном уровне и даже записывать эти процессы в формате видео.

Супермощный лазер-рентген состоит из линейного ускорителя электронов и системы магнитных ондуляторов, расположенных в подземном туннеле протяженностью три с половиной километра. Пучки электронов в сверхпроводящем линейном ускорителе ускоряются до высоких энергий, а затем попадают в магнитные поля ондуляторов, где движутся по искривленным траекториям, излучая в рентгеновском диапазоне. Рентгеновские импульсы, получаемые в результате этих процессов, характеризуются очень короткой длительностью (сотни фемтосекунд) и высокой интенсивностью излучения, значительно большей в сравнении с получаемой на других устройствах – например, на синхротронах.

В Курчатовском институте пояснили, что на мегаустановке будет генерироваться, аналогичное лазерному, рентгеновское электромагнитное излучение сверхвысокой интенсивности. В институте считают, что это уникальный комплекс для проведения исследований, прежде всего, в нано и био-технологиях.

«С помощью исключительно ярких и сверхкоротких импульсов рентгеновского излучения ученые смогут буквально увидеть процессы, происходящие в наномире, что позволит выйти на новый уровень в исследованиях в области физики, химии, материаловедения, наук о жизни, биомедицине», — уверены специалисты Курчатовского института.

В ИТМО тоже говорят, что новая установка позволит ученым разглядеть процессы, которые нельзя детектировать других способом. Это может привести, в том числе, к созданию новых лекарств и фундаментальным прорывам в физике. Например, ученым до сих пор не ясно, как происходит процесс складывания белка из линейной цепочки молекул аминокислот.

«Нередко процесс происходит неправильно, что связано со многими болезнями: сахарным диабетом, болезнями Альцгеймера и Паркинсона», — говорят в ИТМО. Новая установка позволит проследить и зафиксировать «правильные» процессы, изучить природу вирусов и таким образом создать основу для будущих лекарств.

Кроме того, с помощью рентгеновских вспышек нового лазера ученые смогут создавать и изучать вещества в экстремальных условиях по типу тех, которые есть в недрах Земли или внутри звезд. А еще благодаря XFEL удастся исследовать новые технологии и материалы для освоения солнечной энергии, анализировать свойства различных материалов для получения новых композитов, а также детально исследовать наноматериалы.

«Было здорово спуститься под землю в туннель, на 20 метров вниз, и своими глазами увидеть лаборатории, где скоро свершится не одно научное открытие», — радуется новому проекту проректор по международной деятельности ИТМО Дарья Козлова.

В ИТМО рассказали, что работа российских ученых на установке осуществляется под эгидой национальной научно-образовательной ассоциации «Исследовательские установки МЕГА-класса», которая координируется национальным исследовательским центром «Курчатовский институт».

Как уточнил Сергей Молодцов, научный директор проекта European XFEL, профессор Университета ИТМО:

«Новый проект будет использоваться российскими учеными для фундаментальных и прикладных исследований. Если говорить о «чистой» науке, то появится, например, уникальная возможность заглянуть в недра галактик и отдельных звезд и планет, моделируя в лабораторных условиях состояние звездной материи и исследуя ее свойства с помощью сверхмощного излучения рентгеновского лазера на свободных электронах. Многократно ионизуя атомы тяжелых элементов, удастся проверить предсказания квантовой механики и электродинамики. Неоценимы возможности многочисленных приложений в медицине и молекулярной биологии».

По его словам, благодаря этому станет реальностью всесторонняя расшифровка структуры сложнейших биологических объектов, включая опаснейшие вирусы и иные возбудители многочисленных болезней. «Сверхкороткие «вспышки» рентгеновского излучения позволят отслеживать химические реакции, включая каталитические, в реальном времени и создавать новые материалы с уникальными и контролируемыми свойствами, которые, безусловно, найдут решающее применение в IT и элементной базе электроники», — рассказал 5G Future профессор.

Подписка на рассылку

Один раз в неделю

всё самое интересное в вашей почте. 

 

Метки: