SwissFEL - SwissFEL

SwissFEL это рентгеновский лазер на свободных электронах на Институт Пауля Шеррера (PSI), который был открыт в декабре 2016 года.[1]

Конструкция SwissFEL оптимизирована для создания рентгеновский снимок импульсы в диапазоне длин волн 1 Å до 70 Å. При общей длине чуть менее 740 метров конфигурация системы относительно компактна. Проект строится и эксплуатируется как дополнение к Европейский XFEL. Строительные работы для SwissFEL начались весной 2013 года.[2] После завершения строительства в начале 2015 года начался монтаж технических компонентов.[3] Первые пилотные эксперименты были проведены в 2017 году.[4] [5] В 2018 году первая луч, получивший название ARAMIS, сдан в эксплуатацию. Ожидается, что второй луч, ATHOS, появится к осени 2020 года.[6]

ARAMIS излучает коротковолновый рентгеновский свет с очень высокой энергией, который можно использовать для отслеживания поведения атомов во время быстро движущихся процессов. ATHOS излучает более мягкий рентгеновский свет с более низкой энергией, что позволяет наблюдать за атомами и молекулами, образующими новую химическую связь. Общая стоимость строительства составляет около 275 миллионов швейцарских франков.[7]

Место расположения

SwissFEL был построен в лесу Würenlinger, недалеко от кампуса PSI. Здесь колебания температуры и вибрации особенно малы, и это упрощает операции: температура в канале пучка не может отклоняться более чем на 0,1 градуса от идеальных 24 градусов Цельсия, потому что в противном случае малейшее расширение материала может исказить результаты измерений или полностью помешать экспериментам. .[8] Вот почему большие части длинного здания были засыпаны землей и гравием. В то же время это создало так называемый щелочные луга биотоп который служит естественной средой обитания для многих исчезающих растений и животных.[9]

Как это устроено

SwissFEL по существу состоит из четырех компонентов: источника электронов, линейного ускорителя, устройства ондуляторы, и измерительные станции. Электроны освобождаются от медного диска с помощью импульсного лазера. Облако выпущенных электронов ускоряется и удерживается вместе с помощью электрического поля. Они направляются в линейный ускоритель, который дополнительно ускоряет электроны переменным током с высокой частотой. Электроны теперь пролетают через ондулятор, отрезок дипольные магниты в чередующемся порядке: это вынуждает их перейти на трассу слалома. При каждом изменении направления электроны испускают рентгеновский свет. Это создает рентгеновский луч с подобными лазеру свойствами, который можно использовать для экспериментов на измерительных станциях.[10]

Рентгеновский луч достигает мощности до 10 гигаватт и излучается чрезвычайно быстро: до 100 вспышек в секунду,[8] каждая длится от 1 до 60 фемтосекунд. Импульсы настолько яркие, что их можно использовать для создания пленок движений атомов и молекул.[9] Во всем мире есть только четыре других рентгеновских лазерных установки сопоставимого масштаба.[11]

Области применения

Рентгеновские лазеры, такие как SwissFEL, могут использоваться, например, для изучения новых материалов для электроники с целью дальнейшего развития. миниатюризация в этом поле. Ход каталитические реакции можно отслеживать на атомарном уровне, чтобы оптимизировать их и, таким образом, улучшить эффективность использования ресурсов в экологических технологиях или химической промышленности. Ученые-биомедики могут подробно наблюдать за структурой жизненно важных белков и их реакциями на вещества, чтобы разрабатывать новые лекарства.[9] [10]

Рекомендации

  1. ^ «Инаугурация SwissFEL». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  2. ^ «Начало строительства в лесу Вюрлинген». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  3. ^ «SwissFEL готов к сборке». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  4. ^ «Первый эксперимент в SwissFEL успешно проведен». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  5. ^ «Первый пилотный эксперимент SwissFEL-Alvra по фотоиндуцированному переносу заряда в УФ-системе». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  6. ^ «Отчет о концептуальном дизайне ATHOS 2017». Институт Пауля Шеррера. п. 13. Получено 2020-03-16.
  7. ^ «Голливуд в лесу Вюрлинген». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  8. ^ а б «Идеальные лучи остаются незамеченными». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  9. ^ а б c «Рентгеновский лазер на свободных электронах SwissFEL». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  10. ^ а б «SwissFEL - новый крупный объект в Институте Пауля Шеррера». Институт Пауля Шеррера. Получено 2020-03-16.
  11. ^ Вальтер Хагенбюхле (14.10.2018). "Das Paul-Scherrer-Institut betreibt jene Art von Forschung, die einen langen Atem braucht". Neue Zürcher Zeitung. Получено 2020-03-16.

внешняя ссылка