1 сентября в Гамбурге (Германия) состоялся запуск самого крупного в мире лазера на свободных электронах. Ультракороткие рентгеновские импульсы новой международной установки открывают недоступные сегодня возможности для множества экспериментов, среди которых – исследования сверхбыстрых химических реакций, анализ структуры белков и других наноразмерных объектов. Один из основных российских участников – новосибирский Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН – разработал и изготовил для Европейского XFEL научное оборудование оборудование на общую сумму более 25 млн. евро.

Всего в проекте участвуют 12 стран, по степени вовлеченности Россия занимает второе место после Германии. Стоимость создания установки составила 1,22 млрд евро (на 2005 г.), при этом Российская Федерация взяла на себя 27% этих расходов. Большую часть вложенных средств российские организации получили в виде заказов на разработку и производство научного оборудования.

Лазер на свободных электронах (ЛСЭ). Принцип работы. Излучение в ЛСЭ создает пучок электронов, разогнанный почти до скорости света. В Европейском XFELдля этого используется самый большой в мире сверхпроводящий линейный ускоритель длиной 1,7 км. Ускоренный пучок попадает в ондулятор – устройство с периодическим магнитным полем. Двигаясь в нем по зигзагообразной траектории, электроны излучают фотоны. Диапазон излучения существующих ЛСЭ – от терагерцового до рентгеновского. Новая установка будет генерировать ультракороткие рентгеновские вспышки с рекордной частотой - 27 000 раз в секунду, а ее пиковая яркость - в миллиард раз выше обычных источников рентгеновского излучения.

 

 2  

Туннель основного ускорителя XFEL, фото - медиабанк XFEL

Стенды для сверхпроводящих модулей и вакуумные камеры. Для новой установки специалисты ИЯФ СО РАН разработали несколько принципиально важных систем. Среди них – криогенные стенды для испытаний сверхпроводящих модулей линейного ускорителя.  Внутри каждого модуля находится 8 резонаторов, проходя через которые пучок ускоряется высокочастотным электромагнитным полем. Резонаторы работают при температуре 2 Кельвина (-271,15 °С), поэтому для их охлаждения используется жидкий гелий при давлении около 30 миллибар.

Еще одна разработка ИЯФ СО РАН для проекта XFEL – вакуумные камеры для транспортировки пучка общей длиной более километра. Помимо высокой точности при изготовлении камер требовалось обеспечить исключительную герметичность и чистоту внутренних поверхностей.  По словам руководителя рабочей группы исследовательского центра DESY Свена Ледерера, благодаря слаженной работе команды сотрудников ИЯФ СО РАН, установка и запуск вакуумной системы прошли точно в намеченные сроки. 

 

система питания для корректирующих магнитов 

Cистема питания для корректирующих магнитов, разработанная сотрудниками ИЯФ СО РАН

Системы питания для корректирующих магнитов. В 2012 году ИЯФ СО РАН и Европейский XFEL заключили контракт на сумму 2,5 млн. евро на разработку, производство и ввод в эксплуатацию системы питания корректирующих электромагнитов линейного ускорителя и каналов транспортировки пучка. Перед Институтом стояла задача произвести большой объём уникального оборудования в соответствии с жёсткими европейскими требованиями.

Корректирующие электромагниты создают добавочное поле для коррекции параметров электронного пучка. Ключевое требование для системы питания магнитов – поддержание высокой стабильности выходного тока (допустимые отклонения – не более 0,001 %), а также обеспечение высокой надёжности работы. Неисправность даже одного источника питания отрицательно скажется на качестве пучка. 

«Для наших источников питания мы гарантируем среднестатистическую наработку на отказ не менее 100 тыс. часов (в среднем одна поломка за 11 лет) – рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Олег Беликов. – Это рекордная величина для аппаратуры такого класса, поскольку отказом считается любое отклонение от заданных параметров.  Но даже при такой надежности с учетом того, что источников много, поломки будут происходить раз в две недели, поэтому обязательным условием было создание «горячего резерва».В общей сложности, из 387 источников 50 – запасные. Заменить элемент, вышедший из строя, на резервный можно без непосредственного вмешательства технического персонала, с помощью системы управления. В случае поломки оператор производит замену моментально, одним нажатием на кнопку. Это сделано потому, что даже минута работы такой установки стоит очень дорого». 

Испытания источника питания в безэховой камере

Специалисты ИЯФ СО РАН проводят испытания источника питания в безэховой камере

XFEL для науки. Исследования и перспективы. Европейский XFEL открывает огромные возможности для изучения химических и физических процессов, происходящих в веществе.  Этой осенью начинают работу две пользовательские станции, предназначены для исследований в различных областях науки. Одна из них – под названием «Фемтосекундные рентгеновские эксперименты», которую также неофициально называют «Молекулярное кино», позволит фиксировать реакции, происходящие в течение квадриллионной доли секунды. Например, исследователи получат возможность посмотреть «в живую» на процесс фотосинтеза – превращения света в химическую энергию. Другая – «Станция для исследования отдельных кластеров и биомолекул и параллельной фемтосекундной кристаллографии»: здесь ученые смогут проводить анализ мельчайших структур (вирусов и макромолекул) на атомном уровне.

В начале 2017 года более 60 научных коллективов подали заявки на проведение экспериментов на этих станциях: очередность устанавливала специальная международная экспертная комиссия. В результате были отобраны первые 14 групп исследователей, которые приступят к работе уже в сентябре. 

 

Источники

Новосибирский ИЯФ поставил оборудование для европейского лазера XFEL на €25 млн
Сибирское агентство новостей (nsk.sibnovosti.ru), 01/09/2017
Европейский рентгеновский лазер XFEL начинает свою работу
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН, 01/09/2017
Самый мощный в мире рентгеновский лазер, оборудование для которого изготовили новосибирские физики, начинает работать в Германии
Новосибирские новости (nscn.ru), 01/09/2017
Новосибирский ИЯФ установил оборудование для европейского лазера XFEL на €25 млн
Утренние новости (morning-news.ru), 01/09/2017
Уникальный лазер XFEL раскроет тайны Вселенной
События дня (inforu.news), 02/09/2017
Уникальный лазер XFEL раскроет тайны Вселенной
Российская газета (rg.ru), 02/09/2017
Самый большой рентгеновский лазер мира XFEL начинает свою работу
Редкие земли (rareearth.ru), 01/09/2017
Самый мощный в мире рентгеновский лазер начал работать в Германии
Российская газета (rg.ru), 01/09/2017
В Германии открыли самый мощный рентгеновский лазер на свободных электронах
ТАСС, 01/09/2017
РФ планирует увеличить число собственных профессионалов на лазере XFEL
AvtoInsider.com, 01/09/2017
Электроны на свободе
Российская газета, 04/09/2017
Электроны на свободе
Российская газета # Москва, 04/09/2017
Новосибирские учкеые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
Jjew.ru, 04/09/2017
Необычайный лазер XFEL на свободных электронах ввели в эксплуатацию в Германии
Твой город Псков (tvoygorodpskov.ru), 03/09/2017
Наибольший в мире рентгеновский лазер начал работать в Германии
Szaopressa.com, 03/09/2017
В Гамбурге открывается самый мощнейший в мире рентгеновский лазер на свободных электронах
Новости Hi-Tech (android-robot.com), 03/09/2017
В Германии заработал крупнейший в мире рентгеновский лазер
Белрынок (belrynokby.ru), 03/09/2017
Новосибирские учкеые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 03/09/2017
Новосибирские учкеые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
Vestisibiri.ru, 03/09/2017
Новосибирские учкеые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 03/09/2017
XFEL вступил в строй
РЫБИНСКonLine (ryb.ru), 03/09/2017
XFEL вступил в строй
Наука и жизнь (nkj.ru), 03/09/2017
ИЯФ СО РАН изготовил оборудование для лазера на свободных электронах
Навигатор (navigato.ru), 04/09/2017
В Германии открыли самый мощнейший в мире рентгеновский лазер на свободных электронах
Новости (a-evmenov.ru), 04/09/2017
Лента новостей В Германии открыли самый мощный рентгеновский лазер на свободных электронах
Ассоциация государственных научных центров Наука (agnc.ru), 04/09/2017
Электроны на свободе
ИА ИНВУР (invur.ru), 05/09/2017
Лечить смогут все?
Ока-Инфо (oka-info.ru), 04/09/2017
Новосибирские ученые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
Jjew.ru, 04/09/2017
Новосибирские ученые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 03/09/2017
Новосибирские ученые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
Vestisibiri.ru, 03/09/2017
Новосибирские ученые-физики - участники проекта Европейский рентгеновский лазер XFEL
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 03/09/2017

Похожие новости

  • 11/05/2017

    В CERN состоялось официальное открытие нового ускорителя частиц

    В CERN состоялось официальное открытие нового линейного ускорителя — Linac 4, первого нового ускорителя CERN с момента открытия Большого адронного коллайдера. Он станет первым элементом ускорительного комплекса БАК высокой светимости (HL-LHC), открытие которого запланировано на середину 2020-х годов.
    423
  • 30/06/2017

    Рентгеновский лазер XFEL: мощный, быстрый, европейский

    ​27 000 импульсов в секунду - такая высокая частота повторения делает рентгеновский лазер XFEL уникальной установкой. 100 фемтосекунд - столь короткая продолжительность импульса (одна десятитриллионная доля секунды) открывает новые возможности для изучения химических и биологических систем.
    274
  • 13/10/2016

    В ЦЕРН прошли испытания ускоряющие структуры нового инжектора для Большого адронного коллайдера

    В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) прошли успешные испытания одной из секций линейного ускорителя ионов Linac-4 – нового инжектора для Большого адронного коллайдера. В ходе проверки достигнут проектный темп ускорения и энергия 100 миллионов электрон-вольт.
    825
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    85
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    489
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    504
  • 07/03/2017

    9 марта 2017 года в Институте ядерной физики СО РАН состоится пресс-конференция, посвященная эксперименту AWAKE

    ​Уважаемые коллеги! Приглашаем вас на пресс-конференцию, посвященную эксперименту AWAKE, целью которого является проверка нового принципа ускорения заряженных частиц. В конце прошлого года коллаборация AWAKE получила первые впечатляющие результаты, о которых вы сможете узнать 9 марта от представителей ЦЕРН и нашего института, который участвует в этом проекте.
    721
  • 09/10/2017

    В Германии будут добывать антиматерию на установках ИЯФ СО РАН

    Экспериментальный цех новосибирского института ядерной физики получил большой заказ для исследовательского центра в Германии. Немцев заинтересовали магнитные установки ИЯФ. Еще вчера антивещество казалось научной фантастикой, а сегодня это реальный материал, который помогает узнать, как зарождалась Вселенная.
    113
  • 10/03/2017

    В ИЯФ СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE

    ​В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE, на котором обсуждается новый принцип ускорения заряженных частиц, использующий плазму и протонный пучок.
    572
  • 06/04/2017

    Германия выделит новосибирским ученым-ядерщикам 30 миллионов евро на совместные научные разработки

    Один из примеров сотрудничества - проект рентгеновского лазера, успешно развивающийся  в Гамбурге. Это оборудование, которое сможет помочь изучить структуру любого вещества одним пучком света, было изготовлено в столице Сибири.
    569