Инженеры Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфорде запустили модернизированный рентгеновский лазер на свободных электронах LCLS-II. Обновление ускорило работу устройства в 8 000 раз: со 120 импульсов в секунду до миллиона. Источник мощного излучения предназначен для экспериментов в области физики, химии и биологии.
Первый в мире рентгеновский лазер на свободных электронах LCLS запустили в лаборатории SLAC в 2009 году. Используя эффект самоусиление спонтанного излучения он ускорял электроны в медной трубке при комнатной температуре, генерируя до 120 импульсов когерентного рентгеновского излучения в секунду.
Ускорить с криогенными установками. Изображение: Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory
Для усиления лазера инженеры разработали сверхпроводящий ускоритель. Он состоит из 37 модулей, которые охлаждают гелий до температуры — 271 °С, на 2 °С выше абсолютного нуля. В таких условиях ускоритель переводит электроны в высокоэнергетические состояния практически с нулевыми потерями энергии. На модернизацию LCLS ушло более десяти лет, но в результате обновленная версия работает в 8 000 раз быстрее с рекордной мощностью.
Сверхпроводящий ускоритель работает параллельно с исходным медным ускорителем. Это позволяет исследователям проводить наблюдения в широком диапазоне энергий, расширяя возможности применения. С помощью LCLS-II можно делать подробные снимки быстрых процессов, исследовать деликатные образцы, недоступные другим источникам, и собирать больше данных за меньшее время.
Помимо нового ускорителя, при модернизации лазера LCLS-II инженеры установили новый источник электронов, две мощные криоустановки, производящие хладагент для ниобиевых структур в охлаждающих модулях, два новых ондулятора для генерации рентгеновских лучей из электронов, а также датчики для сверхбыстрой обработки данных.
LCLS использовали для создания первого «молекулярного фильма», изучения сложных химических процессов, формирования алмазных планет и наблюдения за тем, как растения и водоросли поглощают солнечный свет в процессе фотосинтеза. Увеличение мощности повысит детализацию таких снимков, позволит изучать квантовые материалы, открывая путь к созданию более эффективных квантовых устройств, компьютеров и сверхбыстрой обработки данных, уверены разработчики.
