Самый мощный в мире рентгеновский лазер, LCLS (Linac Coherent Light Source), прошедший сквозь процедуру масштабного обновления и модернизации LCLS-II, практически вернулся в строй и скоро будет готов к работе на благо современной науки. После модернизации внутри этой огромной установки царят температуры, ниже температур в открытом космосе, это позволяет ускорять электроны до скоростей, очень близких к скорости света, и генерировать миллион очень ярких вспышек рентгена за одну секунду.
LCLS-II относится к типу рентгеновского лазера на свободных электронах (X-ray Free-Electron Laser, XFEL). Такие лазеры используются для получения высококачественных снимков микроскопических объектов и процессов, происходящих в очень узких временных рамках. Лазер LCLS использовался ранее для съемки структуры вирусов, для воссозданий условий в центре ядра звезды, для превращения воды в высокотемпературную плазму, для создания самого громкого звука и многих других вещей.
Обновленный лазер LCLS-II будет способен сделать для науки намного больше, чем его предшественник. Импульсы рентгена будут в среднем в 10 тысяч раз более яркими, и они, как уже упоминалось выше, будут вырабатываться миллион раз за секунду. Для сравнения, лазер LCLS мог вырабатывать всего 120 импульсов в секунду.
"Всего за несколько часов лазер LCLS-II произведет больше импульсов рентгена, чем его предшественник за все годы его работы" - рассказывает Майк Данн (Mike Dunne), директор LCLS, - "Данные, которые ранее собирались месяцами, теперь будут получены за минуты времени. Все это должно рывком двинуть вперед сопутствующие области науки и обеспечить появление новых революционных технологий".
Лазер LCLS-II работает на тех же принципах, что и его предшественник. Вырабатываемые специальным источником свободные электроны ускоряются в трубе линейного ускорителя и попадают в устройство-ондулятор. Присутствующие там магнитные поля заставляют электроны колебаться и отдавать их кинетическую энергию в виде квантов рентгеновского излучения. Самой большой модернизации была подвергнута стадия линейного ускорения электронов. Ранее электроны подавались в трубу ускорителя при температуре окружающей среды. Теперь же в установке используется 37 криомодулей, которые перекачивают жидкий гелий по теплообменникам и охлаждают оборудование до температуры в -271 градус Цельсия. При таких температурах ниобиевые элементы конструкции ускорителя становятся сверхпроводящими элементами микроволновых генераторов, излучение которых производит электрическое поле, энергия которого передается электронам за счет точнейшей синхронизации ритма движения электронов, частоты и фазы микроволнового излучения. И после прохождения всех 37 криомодулей скорость электронов становится очень близкой к скорости света.
Затем электроны попадают в ондуляторы нового типа, в которых используются сильнейшие магниты, полярность поля которых чередуется с определенным шагом, и это заставляет электроны колебаться, отдавая энергию в виде рентгеновского излучения. Новые ондуляторы имеют возможность плавной перестройки, что позволяет лазеру LCLS-II вырабатывать рентген в диапазоне от жесткого до мягкого, что дает ученым массу новых возможностей.
В течение апреля этого года температура криомодулей плавно понижалась до расчетной точки и сейчас ускоритель лазера LCLS-II уже готов к запуску первых лучей электронов. И, согласно планам, до конца года лазер должен быть выведен на рабочий режим, давая возможность проведения новых и уникальных исследований в области химии, биологии, материаловедения и квантовой механики.
