Это позволит почти без потерь расходовать электрическую энергию на ускорение частиц и формировать достаточно тонкий пучок электронов. В качестве охладителя планируется использовать жидкий гелий.
Схема расположения подземных туннелей XFEL.
Принципиальная схема работы рентгеновского лазера на свободных электронах .
Цифрами обозначено: 1— лазерный луч, 2— газовый гель, 3— магнитные линзы, 4— алюминиевая пластина, 5— индулятор, 6— фосфоресцирующий экран (1), 7— рентгеновское излучение, 8— трансмиссия, 9— золотое зеркало, 10— фосфоресцирующий экран (2), 11— магнитный спектрометр.
Ускоренные электроны будут по ходу движения проскакивать через так называемые ондуляторы. Так называются устройства, придуманные учеными из Института ядерной физики Сибирского отделения РАН. Они представляют собой системы магнитов, заставляющие заряженные частицы излучать рентгеновские кванты. В итоге образуется синхронное излучение в виде коротких и мощных рентгеновских вспышек со свойствами лазерного пучка.
В зависимости от потребностей конкретного эксперимента, параметры лазера XFEL могут настраиваться с помощью различных оптических инструментов, таких как, например, зеркала, решетки, щели или преломляющие кристаллы. Эти элементы встраиваются в базовые станции на выходе пучка и взаимодействуют с ним. Данные такого взаимодействия фиксируются датчиками и анализируются компьютером. Сами исследователи будут управлять и следить за ходом эксперимента из диспетчерских кабин.
Разер сможет генерировать около 27 тыс. рентгеновских вспышек с длиной волны от 0,05 до 6 нм в секунду и продолжительностью до 100 фемтосекунд (менее одной триллионной доли секунды). Такие параметры сделают установку самой мощной в мире среди всех рентгеновских лазеров. Причем столь короткие импульсы позволят исследовать трехмерную структуру крупных биомолекул и их взаимодействия с недоступной ранее точностью.
Кстати…
ЕЩЕ О СУПЕРМОЩНЫХ…
Разер, о котором мы только что рассказали, не единственный в своем роде. В Европе намечено строительство еще 3 новых гигантских исследовательских лазеров и рассматривается возможность создания еще одного, самого мощного в мире. Каждый из 3 новых лазеров будет иметь импульсную мощность около петаватта (10 15Вт), а мощность четвертого лазера будет вдвое превосходить суммарную мощность первых трех.
Пиковая импульсная мощность четвертого лазера проекта Extreme Light Infrastructure (ELI) будет получаться в результате сложения 10 лазерных лучей в один импульс, мощность которого будет составлять 200 петаватт. Эта величина значительно превосходит суммарное количество энергии, производимой в настоящее время всеми энергоустановками нашей планеты, и даже количество энергии, получаемой Землей от Солнца.
Конечно, такой лазер весьма существенно отличается, скажем, от лазерной указки, известной многим. Единственный метод достичь таких значений энергии импульса — уменьшить до кратчайших величин само время этого импульса. Импульс мощностью 200 петаватт продлится всего 1,5x10 -14с. Это время, которое требуется свету, движущемуся, как известно, со скоростью 300 000 км/с, на преодоление расстояния, равного толщине человеческого волоса!
Первое, что будут исследовать ученые с помощью такого сверхмощного лазера, — одна из загадочных теорий квантовой физики. Согласно ей, окружающее пространство состоит из частиц, которые возникают неизвестно откуда, а время их существования столь мало, что их не удается зарегистрировать.
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
А что у Земли внутри?
Каким только не представляли себе внутренности нашей планеты люди в разные времена! Вспомним хотя бы: фантаст Жюль Верн и академик В. А. Обручев описали миры, которые, по их мнению, могли развиваться внутри Земли. При этом они опирались на представления науки своего времени.
Потом выяснилось, что о пустотелом ядре можно забыть, но детальную картину строения нашей планеты исследователи все еще продолжают создавать. Недавно они сделали очередное и довольно неожиданное открытие в этой области.
Вот что пишет по этому поводу журнал Nature Geoscience.
Странное дело, о других планетах Солнечной системы нам известно больше, чем о центре Земли. Из космоса наша планета кажется порой безмятежным голубым шариком. Но время от времени извержения вулканов и землетрясения напоминают нам о том, что под земной корой протекают процессы колоссальной разрушительной силы. И этот скрытый мир сильнейшим образом влияет на нашу жизнь.
Читать дальше
