w skrócie - European XFEL

Światło przyszłości
SPÓŁKA EUROPEAN XFEL GMBH
Do budowy i eksploatacji europe-
Do chwili obecnej akces do pro-
całego świata zawiązała niezależną
European XFEL zgłosiły Dania,
jskiego XFEL grupa partnerów z
organizację badawczą w formie
spółki non-profit niemieckiego
prawa handlowego o nazwie Eu-
ropean XFEL GmbH. Firma będzie
jektu budowy i eksploatacji lasera
DESY-Bahrenfeld
Urządzenie
■Typ: rentgenowski laser na swobodnych elektronach (XFEL, X-ray Free Electron Laser)
■Długość całkowita: 3,4 km
Francja, Grecja, Hiszpania, Niemcy,
■Zagłębienie tuneli: od 6 do 38 m
Polska, Rosja, Słowacja, Szwajca-
■Akcelerator: liniowy o długości 1,7 km, przyspieszający elektrony do energii od 10 do 17,5 GeV z
ria, Szwecja, Węgry i Włochy.
możliwością rozbudowy do 20 GeV
■Lokalizacje: DESY-Bahrenfeld (2 ha), Osdorfer Born (1,5 ha), Schenefeld (15 ha). Ośrodek badawczy
zatrudniać ok. 250 osób.
Osdorfer Born
będzie zlokalizowany w Schenefeld.
Własności generowanych impulsów rentgenowskich
■Częstość powtarzania: 27 tys. błysków na sekundę. Tak wysoka częstość powtarzania w europejskim XFEL odróżnia go od innych laserów rentgenowskich na świecie. Uzyskuje się ją dzięki zastosowaniu do budowy akceleratora elektronów technologii nadprzewodzącej w temperaturze ciekłego
helu (–271°C). Dzięki temu przewodzenie prądu elektrycznego odbywa się niemal bez strat.
■Zakres długości fali: 0,05–6 nm (miliardowych części metra). Długości fali emitowanego promie-
BUDOWA
Schenefeld
Laser na swobodnych elektronach
w początkach 2009 roku; uruchomie-
54% tych kosztów. 23% kosztów będzie
wspólnym wysiłkiem wielu partnerów.
Koszty obiektu i uruchomienia okre-
partnerów mieszczą się w zakresie 1-3,5%.
European XFEL jest budowany
Dlatego firma European XFEL GmbH
ściśle współpracuje z ośrodkiem ba-
dawczym DESY i innymi organizacjami
na całym świecie. Budowę rozpoczęto
nie planowane jest na rok 2015.
ślono na ponad miliard Euro. Jako
gospodarz Niemcy (rząd federalny,
miasto Hamburg i kraj związkowy
Schleswig-Holstein) mają pokryć
pokryte przez Rosję, a udziały pozostałych
W dużym stopniu europejski laser XFEL
zostanie zrealizowany przez akcjonariuszy
i partnerów na zasadzie udziałów wnoszonych przez nich w naturze.
niowania są tak małe, że w oświetlanych obiektach pozwalają odróżniać szczegóły o rozmiarach
atomowych.
■Czas trwania impulsu: aż do kilku fs (femto: 10-15, czyli poniżej jednej setnej procenta jednej miliardowej części sekundy). Tak krótkie impulsy umożliwiają rejestrację dynamiki zjawisk zachodzących
niezwykle szybko.
■Jasność źródła (fotony/s/mm2/mrad2/0.1% szerokość pasma): 5×1033 (szczytowa), 1.6×1025 (średnia). Jasność definiuje liczbę fotonów emitowanych w określonym zakresie szerokości pasma w
jednostce czasu w jednostkowy kąt bryłowy. Szczytowa jasność europejskiego XFEL będzie miliard
razy większa od jasności najlepszych konwencjonalnych źródeł promieniowania rentgenowskiego.
■Spójność: Światło emitowane przez źródła XFEL jest spójne, zatem można je stosować w eksperymentach interferencyjnych, np. w holografii.
www.xfel.eu OCTOBER 2011 | PUBLISHER European XFEL GmbH, Albert-Einstein-Ring 19, 22761 Hamburg, Germany; Postal address: Notkestraße 85,
22607 Hamburg, Germany | TEXT llka Flegel, Dirk Rathje | TRANSLATION Władysław Szymczyk (National Centre for Nuclear Research, Poland), Jerzy Pełka (Institute of
Physics PAS, Poland), Oliwia Chołuj-Dziewiecka (National Centre for Nuclear Research, Poland) | LAYOUT Dirk Rathje | PRINTING Heigener Europrint GmbH | PICTURE
CREDITS [cover] Marc Hermann/tricklabor [“Research” page] FLASH image: Chapman, Hajdu et. al./DESY; film illustration: DESY [“Benefits” page, source (except aerial
view): fotolia] 1: Daniel Fuhr; 2: Schiller Renato; 3: Demarco; 4: Sandra Zuerlein; 5: Matthew Bowden; 6: Dmitry Sunagatov; 7: Quill; 8: Supermurmel; 9: Julián Rovagnat; 10:
Miyazawa; 11: Andreas Blakkolb; Aerial view: DOP, FHH, Landesbetrieb Geoinf. und Vermessung, LGV41-07-130//DOP, (c) LVermA S-H 2007, S 389/07//Kerstin Schürmann/
Tunel
formlabor [“How it works” page] acceleration of electrons: Option Z; undulator illustration: Marc Hermann/tricklabor [folded page] site and tunnel illustrations: Kontor B3
W okolicach Hamburga powstaje światowej klasy urządzenie badawcze zwiastujące rewolucję
w badaniach i technologii XXI wieku – laser na swobodnych elektronach European XFEL.
Będzie on generował dziesiątki tysięcy razy na sekundę ultrakrótkie impulsy światła
laserowego, o natężeniu miliardy razy przewyższającym intensywność wiązek emitowanych
przez najlepsze konwencjonalne źródła promieniowania rentgenowskiego.
W skrócie
BADANIA
NAUKOWE
Mniejsze struktury, szybsze procesy,
Dynamika ultraszybkich procesów
pean XFEL otwiera nowe, dotych-
Struktury
subkomórkowe
Wykorzystując błyski generowanego
Długość fali promieniowania
bardziej intensywne światło. Euroczas niedostępne obszary badań.
przez ten laser promieniowania rentgenowskiego naukowcy będą mogli
obrazować szczegółową strukturę
wirusów, wnikać w molekularne mechanizmy funkcjonowania komórek,
rejestrować trójwymiarowe obrazy
obiektów nanoświata, filmować
przebieg reakcji chemicznych czy
zgłębiać procesy zachodzące
głęboko we wnętrzu planet i gwiazd.
European XFEL będzie służył
wielu międzynarodowym zespołom
Błyski promieniowania rent-
Ekstremalne
stany materii
ZASTOSOWANIA
JAK DZIAŁA XFEL
Unikatowe możliwości badawcze lasera
Aby wygenerować błysk promie-
z undulatora pojawia się bardzo silny
przyspiesza się paczki elektronów
podobnych do spójnych wiązek
naukowców z całego świata reprezentu-
Impulsy promieniowania
rentgenowskiego pozwolą …
wych. Takie interdyscyplinarne kontakty
…… rozszyfrować budowę znacznie większej liczby biomolekuł i
European XFEL przyciągną najlepszych
genowskiego będą na tyle
krótkie, że pozwolą na filmo-
Wielka intensywność impul-
wanie procesów zachodzą-
sów promieniowania lasera
cych w niezwykle małej skali
pozwoli w sposób kontro-
rentgenowskiego emitowa-
czasowej, takich jak proces
lowany generować i badać
nego przez laser jest na tyle
formowania się lub zrywa-
ekstremalne stany materii,
mała, że pozwoli na zobra-
nia wiązania chemicznego.
które panują we wnętrzu
zowanie w skali atomowej
European XFEL pozwoli więc
gwiazd i planet.
szczegółów budowy złożo-
z pewnością lepiej zrozu-
Ponadto, badanie oddziały-
nych biomolekuł i biomate-
mieć szczegółowy przebieg
wania pojedynczych atomów
riałów.
procesów chemicznych, co
z pojedynczymi impulsa-
Badania z wykorzystaniem
może na przykład zaowoco-
mi intensywnego światła
European XFEL pomogą
wać opracowaniem bardziej
rentgenowskiego zaowocują
wniknąć w strukturę komórek
wydajnych metod inżynierii
rozwinięciem nowych metod
biologicznych i umożliwią wy-
procesowej bądź opracowa-
fizyki promieniowania rentge-
tworzenie nowych materiałów.
niem nowych lekarstw.
nowskiego.
jących wiele różnych dyscyplin nauko-
z reguły sprzyjają powstawaniu nowych
struktur biologicznych, takich jak komórki lub membrany, niż
idei, podejmowaniu wspólnych wyzwań
to jest możliwe obecnie.
i owocują wieloma nowymi zastoso-
niowania rentgenowskiego najpierw
do wysokich energii, a następnie
przepuszcza się je przez zespół
specjalnie ułożonych magnesów
(undulator). W rezultacie, na wyjściu
krótki błysk światła o właściwościach
generowanych w laserach światła
widzialnego. W European XFEL
będzie kilka takich źródeł światła o
różnych charakterystykach.
…… badać przebieg reakcji biochemicznych. Między innymi
waniami i ulepszeniami konkretnych
Generacja światła w undulatorze
pozwoli to lepiej zrozumieć mechanizmy infekcji wirusowych
produktów. Ośrodek European XFEL bę-
Przyspieszanie elektronów w akceleratorze
budując podwaliny dla opracowania przyszłych lekarstw.
dzie generował nową wiedzę w prawie
…… pogłębić wiedzę o procesach chemicznych, takich jak
wszystkich dyscyplinach nauki i techno-
kataliza, odgrywających ważką rolę w naturze i w wytwa-
logii, które kształtują nasze codzienne
rzaniu większości substancji chemicznych produkowanych
życie, w tym w medycynie, farmakologii,
przemysłowo.
chemii, materiałoznawstwie, nanotech-
LOKALIZACJA
…… zbadać nowe procesy i materiały niezbędne do praktyczne-
nologii, energetyce i elektronice.
go wykorzystania energii słonecznej.
…… zanalizować właściwości różnych struktur celem wytwo-
badawczym prowadzących swe
rzenia całkowicie nowych materiałów o rewolucyjnych
eksperymenty w przydzielonym
…… uzyskać głębszy wgląd w prawa nanoświata – na przykład te
z użyciem niezwykle nowoczesnej
dotyczące określonych własności elektronicznych, magne-
aparatury badawczej.
na terenie kraju związkowego
zespole podziemnych tuneli. Cała
powstaje również ośrodek badawczy,
zlokalizowane w znacznej części w
instalacja o długości 3,4 km rozciąga
właściwościach.
czasie przez kilka dni bądź tygodni
Urządzenia European XFEL są
tycznych i optycznych. Da to podstawy do rozwoju wielu
się od ośrodka synchrotronowego
DESY w Hamburgu do sąsiedniego
miasteczka Schenefeld leżącego
Schleswig-Holstein. W Schenefeld
w którym międzynarodowe zespoły
naukowców będą przeprowadzać
Schleswig-Holstein
Hamburg
eksperymenty wykorzystując silne
impulsy promieniowania.
technologii jutra.
Schleswig-Holstein
Badania próbki za pomocą prototypowego urządzenia
FLASH (znajdującego się w DESY)
Z pomocą ultrakrótkich impulsów promieniowania XFEL można będzie rejestrować poszczególne fazy
zachodzących reakcji chemicznych, i w ten sposób szczegółowo zobrazować ich dynamikę.
Schenefeld
Hamburg
Osdorfer Born
0m
500 m
DESY-Bahrenfeld