| Láser de electrones libres de rayos X europeo ( XFEL ) | |
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| titulo internacional | inglés Láser de electrones libres de rayos X europeo |
| Fundado | 2017 |
| Ubicación | Hamburgo , Schönefeld |
| Dirección Legal | 22869, Holzkoppel 4, Schönefeld , Alemania |
| Sitio web | xfel.eu |
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El láser europeo de electrones libres de rayos X ( European XFEL ) es un proyecto internacional para crear el láser de electrones libres más grande del mundo [1] . El proyecto fue desarrollado por el centro de investigación DESY y presentado en 2002 [2] . Se gastaron 1.220 millones de euros en la construcción y puesta en marcha del láser. El 58% de esta cantidad fue proporcionada por Alemania, el 27% por Rusia [3] [1] .
La instalación láser de 3,4 kilómetros de largo está ubicada en Alemania a una profundidad de 6 a 38 metros bajo tierra y se extiende desde el laboratorio DESY en Hamburgo hasta las afueras de Schönefeld , donde se construyen edificios administrativos, estaciones experimentales y laboratorios en un área de 15 hectáreas .
El láser genera radiación de sincrotrón de alta intensidad emitida por electrones acelerados a velocidades relativistas. El XFEL está diseñado para que los electrones produzcan rayos X de forma sincronizada , lo que proporciona pulsos de rayos X con las propiedades de la radiación láser y una intensidad muy superior a la obtenida en las tradicionales fuentes SR denominadas de tercera generación . El láser será la fuente de rayos X más potente del mundo [4] .
Los electrones a través de un acelerador lineal superconductor con una energía máxima de 17,5 GeV caerán en los campos magnéticos de los onduladores , donde se moverán a lo largo de trayectorias curvas ( sinusoidales ), emitiendo en el rango de rayos X. Para crear el efecto de superconductividad, los elementos del acelerador se enfrían con helio líquido a una temperatura de menos 271 °C [3] .
Los rayos X se generarán por emisión espontánea autoamplificadora , cuando los electrones interactúan con la radiación producida por los electrones cercanos. La emisión espontánea de paquetes de ondas permitirá obtener hasta 30.000 pulsos por segundo, y el brillo de la radiación será de órdenes de magnitud superior a los análogos existentes.
La duración de los pulsos no superará los 100 femtosegundos , lo que permitirá estudiar reacciones químicas demasiado rápidas para ser estudiadas por otros métodos. La longitud de onda de la luz láser de rayos X variará de 0,05 a 6 nm , lo que permitirá realizar mediciones en la escala de longitud atómica.
Primero, se planea crear 3 canales de salida de haz de fotones con 6 estaciones experimentales , en el futuro se planea aumentar estos números a 5 canales y 10 estaciones. El láser se utilizará para experimentos en física, química, ciencia de materiales, biología y nanotecnología.
La investigación se lleva a cabo en laboratorios subterráneos ubicados al final de tres túneles. A partir de 2021, hay seis laboratorios (también llamados instrumentos ), dos laboratorios para cada túnel:
Experimentos de rayos X de femtosegundos (FXE) Partículas, clusters, biomoléculas; cristalografía de femtosegundos (partículas individuales, agrupaciones y biomoléculas y cristalografía de femtosegundos en serie, SPB/SFX) Espectroscopía y Dispersión Coherente (SCS) Pequeños sistemas cuánticos (Small Quantum Systems, SQS)El laboratorio experimental estudia la interacción de los rayos X blandos con la materia. Los objetos típicos de estudio van desde átomos individuales hasta moléculas grandes. Métodos de investigación: varias variantes de espectroscopia. En el laboratorio se utilizan tres estaciones:
En la construcción participaron 12 países: Dinamarca, Francia, Alemania, Hungría, Italia, Polonia, Rusia, Eslovaquia, España, Suecia, Suiza y Reino Unido. Los trabajos de construcción comenzaron en 2009. La inauguración oficial tuvo lugar en 2017 [5] [3] .
9 de enero de 2009 inicio de los trabajos preparatorios en el sitio de construcción.
23 de julio de 2009 Rusia se une al proyecto.
El 28 de septiembre de 2009, se creó una organización europea sin fines de lucro XFEL GmbH para organizar la construcción y operación del proyecto , cuyo principal accionista fue inicialmente DESY [3] .
4 de febrero de 2010 Francia confirma su participación en el proyecto.
7 de julio de 2010 al 6 de agosto de 2011 colocación del primer túnel.
8 de septiembre de 2010 Polonia se une al proyecto.
12 de enero de 2011 al 7 de junio de 2012 Colocación del segundo túnel.
7 de octubre de 2011 España se suma al proyecto.
El 17 de julio de 2012, se entregaron 125 imanes desde Rusia, producidos por Novosibirsk INP SB RAS [6] .
El 6 de junio de 2013 se completaron todos los trabajos subterráneos.
30 de septiembre de 2013 Instalación de un inyector de electrones.
18 de diciembre de 2014 Reino Unido se une al proyecto.
El 25 de agosto de 2015 se instaló el primer equipo científico.
El 1 de marzo de 2016 se montó el primer ondulador.
26 de septiembre de 2016 Instalación de segmentos de aceleradores superconductores en el túnel.
El 6 de octubre de 2016 es la fecha oficial de puesta en servicio de la planta [7] .
El 1 de septiembre de 2017, se lanzó oficialmente el láser europeo de electrones libres de rayos X [8] .
El estudio de proteínas, células y sus membranas tanto estática como dinámicamente en proceso de cambio.
Para estudiar la estructura de tales materiales, es necesario que estén en forma cristalina. La cristalización de moléculas biológicas no es una tarea fácil, y los esfuerzos para obtener cristales de tamaño y calidad suficientes para la investigación del sincrotrón han llevado años, si no décadas, mientras que las etapas posteriores son mucho más rápidas.
XFEL ya ha demostrado una mejora cualitativa sobre los sincrotrones en su capacidad para obtener información sobre la estructura de cristales más pequeños que un micrómetro. Por ejemplo, se leyó una estructura proteica previamente desconocida (la cisteína proteasa catepsina B) con una resolución subnanométrica. Fue la primera estructura biológica identificada por un láser de electrones libres. Esta proteína juega un papel importante en la patogenia de la enfermedad del sueño, una enfermedad muy extendida en África y que provoca decenas de miles de muertes cada año. Los nuevos conocimientos se pueden utilizar contra los parásitos (mosca tsetsé) que causan la enfermedad.
Además, en vista de los pulsos XFEL ultracortos, fue posible capturar procesos biológicos en moléculas en movimiento y obtener imágenes claras incluso de altavoces muy rápidos.
Hace algunos años, se descubrió que los pulsos de láser polarizados circularmente cortos, que pueden ser diestros o zurdos, pueden cambiar la polaridad magnética más rápido en discos duros que con el método tradicional.
El XFEL europeo está equipado con un dispositivo especial para generar pulsos polarizados circularmente y permite investigar en esta dirección.
El llamado tiempo de puesta en marcha del láser está programado para años venideros. Científicos de diferentes países envían solicitudes a la dirección del Láser Europeo para acceder a equipos con el fin de realizar investigaciones sobre el mismo en el campo de la física, la química, la ciencia de los materiales, la medicina, la biología y otras ciencias.