Основной компонент нового рентгеновского лазера XFEL (X-ray Free-Electron Laser), так называемый инжектор электронов, был впервые включен в работу. Инжектор представляет собой электронную пушку и предварительный ускоритель, длиной 45 метров, который является частью большого ускорителя, длина которого после завершения строительства будет составлять 2 километра. После включения в работу, инжектор произвел первые «пакеты» свободных электронов и успешно разогнал их до скорости, приближающейся к скорости света, и данное достижение является одной из главных вех на пути к завершению строительства будущего самого мощного рентгеновского лазера в мире.
Проект XFEL реализуется силами ученых и инженеров из многих стран. Его установка располагается на севере Германии в университетском городке DESY в Гамбурге. Рентгеновский лазер XFEL, который строится на основе существующего синхротрона DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), сможет производить сверхяркие и сверхкороткие, длительностью менее 100 фемтосекунд, вспышки рентгеновского света, которые позволят высокоскоростным камерам зафиксировать события и быстрые процессы, происходящие на микро- и наноуровне. Основу лазера XFEL составляет ускоритель электронов, длиной 2 километра, в туннеле которого установлена череда электромагнитов со сверхпроводящими обмотками, работа которых синхронизируется с очень высокой точностью.
Работы по сооружению инжектора электронов ведутся с 2013 года, и недавно электронная пушка этого устройства выработала «плотные пакеты» электронов, которые подавались в 45-метровую трубу предварительного ускорителя. Пакеты, состоящие из нескольких миллиардов электронов, излучаются электродом из теллурида цезия когда его поверхность освещается интенсивной вспышкой ультрафиолетового света. Эти пакеты предварительно ускоряются при помощи электромагнитных волн радиочастотного диапазона и удерживаются вместе при помощи сильных магнитных полей. А окончательное ускорение пакетов производится в инжекторе при помощи пары сверхпроводящих ускорительных модулей, которые для максимальной эффективности их работы охлаждены до температуры в -271 градус Цельсия.
Разогнанные пакеты электронов проходили расстояние предварительного ускорения за 0.15 микросекунды, разгоняясь до скорости, почти равной скорости света. Получившие начальную энергию электроны в будущем будут разгоняться до еще большей энергии в трубе основного линейного ускорителя.
Сталкиваясь с мишенью из специального материала в конце ускорителя пакеты этих высокоэнергетических электронов будут производить короткие, но необычайно интенсивные вспышки рентгеновского излучения, при помощи которых ученые получат возможность выполнения исследований материалов и процессов, протекающих в этих материалах на наноуровне. И, как ожидается, результаты этих исследований окажут огромное влияние на развитие медицины, альтернативных технологий получения и хранения энергии, на разработку новых материалов и на многие другие области науки и техники.
Немецкий институт DESY является ведущей организацией европейского проекта XFEL и главным изготовителем не только инжектора электронов, но и других компонентов основного линейного ускорителя. Компоненты инжектора были изготовлены по всей Европе участниками консорциума European XFEL Accelerator Consortium, куда входят 17 научных учреждений из Франции, Италии, Польше, России, Испании, Швеции и Швейцарии.
В ближайшем будущем вся система инжектора электронов будет подвергнута строгой проверке и процессу тестирования. А в это время будут продолжаться работы по сооружению 2-километрового туннеля основного линейного ускорителя. Полностью линейный ускоритель будет закончен в 2016 году, а уже в 2017 году лазер XFEL начнет использоваться для проведения первых научных экспериментов.
