В Гамбурге начал работу гигантский рентгеновский лазер XFEL, созданный при участии РФ: он может делать фото атомов
Global Look Press

1 сентября 2017 года в Германии начал работу крупнейший в мире Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL (X-Ray Free-Electron Laser), в создание которого значительный вклад внесла Россия. Это сложнейшее инженерное сооружение расположилось под землей на глубине от шести до 38 метров в тоннелях длиной 3,4 километра и протянулось от исследовательского центра по физике частиц в Гамбурге DESY до города Шенефельд в Шлезвиг-Гольштейне.

В исследовательском центре проекта ученые со всего мира теперь могут ставить эксперименты с рентгеновскими вспышками.

Уникальным Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах делает высокая частота вспышек, а именно 27 тысяч в секунду. Такая частота импульсов позволяет делать эксперименты с так называемым временным разрешением. Иначе говоря, теперь ученые могут снимать кино о сверхбыстрых процессах, исследуя, как один атом взаимодействует с другим и что происходит на каждом из этапов. Предшественники XFEL с существенно меньшей частотой импульсов на такое способны не были, отмечает РИА "Новости".

Еще одна уникальная характеристика XFEL - яркость. За счет этого параметра работающие на лазере ученые могут, в частности, восстанавливать 3D-образ отдельных молекул, что крайне важно для фармакологии: понимание того, как выглядят белки, вирусы и другие биологические объекты в дальнейшем делает возможным разработку новых лекарственных препаратов.

В-третьих, генерируемые на лазере XFEL рентгеновские вспышки настолько сильные, что ученые могут использовать их для создания и исследования вещества в экстремальных условиях, примерно как те, которые господствуют в недрах звезд и планет.

Европейский XFEL позволяет выводить на следующий уровень исследования, которые ведутся на источнике синхротронного излучения. Дело в том, что лазер обладает параметрами, которых нет у синхротрона, например когерентностью. Поэтому, как правило, начиная исследования на синхротроне, ученые для продолжения своих исследований переходят на лазер на свободных электронах.

Как рассказал "Российской газете" спецпредставитель НИЦ "Курчатовский институт" в европейских исследовательских организациях Михаил Рычев, лазер XFEL сильно "заточен" на конкретное применение в "народном хозяйстве" и будет приносить практическую пользу прежде всего в медицине, фармакологии, химии, нанотехнологиях, энергетике, электронике, создании новых материалов и других сферах науки и техники.

"Если говорить совсем просто, то он позволит увидеть такие процессы, которые пока нам были недоступны. Часто приводят такую аналогию. Представим футбольный матч. Мы знаем составы команд до игры и знаем итоговый счет, но не можем увидеть, как забивались голы. Так вот и ученые сегодня не могут посмотреть, как протекают химические реакции, хотя знают все реагенты. Они видят только результат, "счет матча". Дело в том, что нет инструмента для наблюдения за взаимодействием атомов и молекул. Оно происходит за невероятно короткие промежутки времени - фемтосекунды (10 в минус 15 секунды). А лазер XFEL может создавать такие фантастически короткие импульсы и кадр за кадром демонстрировать, как "голы забивались", как в химической реакции работают атомы и молекулы. Это очень важно для понимания глубинных процессов прежде всего в материаловедении. Ведь так мы сможем создавать принципиально новые технологии, материалы с неизвестными, недостижимыми до этого свойствами", - говорит Рычев.

Лазер способен решить и еще одну очень важную для специалистов самых разных направлений задачу в одном рентгеновском импульсе наблюдать трехмерную структуру белков. Это обещает революцию в биологии, медицине, генетике.

Способен лазер заглянуть и в тайны Вселенной. Он поможет ученым изучать вещество в тех же экстремальных состояниях, которые господствуют в недрах звезд. Это позволит лучше понять, как устроен наш мир, как сформировалась Вселенная, что происходило в первые мгновения после Большого взрыва.

Планируется, что площадку XFEL будет посещать несколько сотен экспериментаторов из России в год.

Россия покрыла почти 30% затрат по созданию XFEL - около 400 млн евро

Россия присоединилась к проекту XFEL в 2009 году и на всех этапах вносила как интеллектуальный, так и финансовый вклад. Россия - вторая после Германии по финансовым затратам на создание лазера: 27% против 58%. Взнос России в итоге составил сумму, близкую к 400 млн евро. На другие страны, которые участвуют в проекте, приходится от 1 до 3% от общей суммы финансирования (Дания, Франция, Италия, Польша, Швеция, Швейцария, Словакия, Испания и Венгрия).

Российские ученые - вторые после германских коллег и по числу научных сотрудников в штате XFEL. Также россияне входят в тройку лидеров по числу заявок на первые эксперименты на пучке.

Специальный представитель национального исследовательского центра "Курчатовский институт" в европейских международных организациях Михаил Рычев в беседе с РИА "Новости" отметил роль российских научных институтов в проекте. "Очень хорошо справились со своими задачами коллеги из института ядерной физики в Троицке, которые делали ответственную часть ускорителя, она называется инжектор - то, с чего ускоритель начинается. Благодаря их вкладу его параметры даже превысили то, что было заложено в изначальном проекте, и это стало сюрпризом для всех участников, и это прямой вклад наших коллег из института ядерной физики в Троицке", - сообщил он.

Управляющий директор проекта XFEL Роберт Фейденхансель высоко оценил вклад России в создание Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах.

"Вклад России очень важен для нас. Сама идея создания такого лазера пришла к нам из России в начале 1980-х годов. Большое количество российских ученых здесь в Гамбурге и в России помогали нам строить установку. Также достаточный вклад внесли некоммерческие российские организации. Это для нас очень важно", - сказал Фейденхансель, отметив, что проект заинтересован в активном участии со стороны молодых российских ученых.

facebook
LJ