Поделиться
Все началось в 2009 году, когда 11 стран (Германия, Россия, Франция, Италия, Польша, Швейцария, Швеция, Греция, Дания, Венгрия, Словакия) договорились построить уникальный технологический комплекс, предназначенный для проведения исследований в сфере нанотехнологий - от анализа структуры биомолекул до наблюдения за ходом протекания химических реакций. Германия как страна-организатор и Россия (в лице Роснано) выступили крупнейшими участниками проекта, стоимость которого оценивается примерно в 1,2 миллиарда евро.
Лазерная установка длиной 3,4 километра скрыта в лабиринтах тоннелей на глубине от 6 до 38 метров. Чудо техники тянется под землей от лаборатории в Гамбурге до окраины Шенефельда (федеральная земля Шлезвиг-Гольштейн), где в марте этого года завершилось строительство штаб-квартиры European X-Ray Free Electron Laser. Именно там интернациональный коллектив исследователей будет проводить эксперименты с ультракороткими и сверхъяркими рентгеновскими вспышками.
В чем особенность лазера XFEL? С одной стороны - это самый передовой край науки, но одновременно он сильно "заточен" на конкретное применение в "народном хозяйстве", прежде всего в медицине, фармакологии, химии, нанотехнологиях, энергетике, электронике, создании новых материалов. Причем не в отдаленном будущем, а уже завтра. Показательно, что несколько ведущих мировых фирм не просто интересуются этим лазером, а активно участвуют в его создании. Их интерес понятен. Лазер позволит кардинально изменить многие технологии.
Чтобы показать его возможности, можно привести такую аналогию. Представьте себе футбольный матч. Мы знаем составы команд до игры и знаем итоговый счет, но увидеть голы не имеем возможности. Так вот и ученые сегодня не могут посмотреть, как протекают химические реакции, хотя знают все реагенты. Они видят только результат. Почему? У нас нет инструмента для наблюдения за взаимодействием атомов и молекул. Оно происходит за невероятно короткие промежутки времени - фемтосекунды (10 в минус 15 степени секунды). За эти квадриллионные доли секунды свет пробегает всего 30 микрон.
Так вот лазер XFEL сможет создавать такие фантастически короткие импульсы и кадр за кадром демонстрировать, как "голы забивались", как в химической реакции работают атомы и молекулы. Ученых получат новые знания, чтобы создавать принципиально новые технологии XXI века, материалы с доселе недостижимыми свойствами. Кроме того, лазер сможет на атомарном уровне изучать природу вирусов, увидеть, как они атакуют клетку. Эта информация особенно интересует фармакологов. Зная "атомную кухню", они получат возможность куда эффективней создавать новые лекарства.
Лазер способен решить и еще одну очень заманчивую для ученых и специалистов самых разных направлений задачу: в одном рентгеновском импульсе наблюдать трехмерную структуру белков. Это обещает революции в биологии, медицине, генетике. Кроме того, этот лазер способен заглянуть и в тайны Вселенной. Поможет ученым изучать вещество в тех же экстремальных состояниях, которые господствуют в недрах звезд. Это позволит лучше понять, как устроен наш мир.
Лазер XFEL будет значительно превосходить по своим техническим параметрам и возможностям аналогичные системы, которые есть за рубежом. Их максимальная энергия не превышает 14 ГэВ, а у XFEL она намного больше - 17 ГэВ. Поэтому его яркость будет в миллиард раз выше, а самое главное, что частота повторения импульсов тоже доселе недостижимая. Именно такие параметры и открывают перед этим лазером столь широкие возможности. Ожидается, что рентгеновский лазер начнет работу уже в 2017 году, и тогда Россия получит официальный доступ к уникальному оборудованию, разработкам и интеллектуальной собственности XFEL. Научное руководство реализацией проекта с российской стороны возложено на РНЦ "Курчатовский институт", который также разрабатывает исследовательскую программу использования XFEL.
Вот и управляющий директор XFEL Массимо Альтарелли, признает: Россия "помимо крупного финансового вклада вносит и очень значительный интеллектуальный вклад в развитие столь уникального проекта". На его примере, уверен Альтарелли, РФ и ФРГ реализовали огромный потенциал эффективного сотрудничества в научно-технологической сфере. Высокую оценку совместному проекту дал и директор исследовательского синхротронного центра DESY (реализует проект XFEL с немецкой стороны), профессор Гамбургского университета Хельмут Дош. В 2010 году этот немецкий ученый, которого называют мировым светилом в области рентгеновской физики и рентгеновской оптики, стал почетным профессором Курчатовского института.
Что такое лазер XFEL
Теоретические принципы лазера на свободных электронах были разработаны новосибирскими физиками Евгением Салдиным, Анатолием Кондратенко и Ярославом Дербеневым. Это источник сверхяркого рентгеновского излучения. Для этого пучки электронов разгоняются в ускорителе почти до световой скорости. Затем их направляют в систему магнитов, где электроны заставляют двигаться по синусоиде и испускать очень короткие и мощные когерентные рентгеновские вспышки. Именно они и являются рабочим инструментом для различных научных исследований.