Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США заканчивают работу над созданием самого яркого в мире лазера. Получивший название Linac Coherent Light Source II (LCLS-II), он будет в 10 000 раз мощнее, чем самый яркий лазер до него, когда начнет работать.

SLAC

 

В настоящее время лазер строится на глубине около 30 футов (9 метров) под землей недалеко от Стэнфордского университета и должен помочь физикам разгадать некоторые фундаментальные тайны нашей Вселенной. Лазерный аппарат протянулся примерно на 2 мили (3,2 километра) в специально прорытом туннеле.

Его предшественник, Linac Coherent Light Source I (LCLS-I), был запущен в 2009 году и способен создавать пучок света со скоростью 120 импульсов в секунду. Однако LCLS-II превосходит этот рекорд, поскольку способен генерировать 1 миллион импульсов в секунду.

LCLS-II будет развивать успех LCLS для продолжения исследований в области химии, материалов, биологии и энергетики. SLAC

 

"Я думаю, совершенно справедливо будет сказать, что LCLS-II откроет новую эру в науке", - сказал в интервью изданию CNET доктор Джеймс Криан, научный сотрудник SLAC, во время эксклюзивной экскурсии по новому объекту.

Для этого LCLS-II будет работать как микроскоп, но с разрешением на атомном уровне. В основе прибора лежит мощный ускоритель частиц, который будет ускорять заряженные частицы и направлять их в очень мощный пучок.

Прибор LCLS-II работает подобно микроскопу, но с разрешающей способностью атомарного уровня. В основе прибора лежит мощный ускоритель частиц, который будет разгонять заряженные частицы и направлять их в очень мощный пучок.

Художественная визуализация проектируемого здания криоустановки, в котором будет размещена система охлаждения для LCLS-II. SLAC

 

Затем этот пучок будет проходить через серию чередующихся магнитов (называемых ондуляторами) для получения рентгеновских лучей. Ученые могут использовать эти рентгеновские лучи для создания так называемых "молекулярных фильмов". Их можно представить как снимки атомов или молекул в движении, где каждый "кадр" запечатлен в течение нескольких квадриллионных долей секунды и смонтирован воедино, как на кинопленке.

Несмотря на то, что в прошлом предшественник нового лазера работал гораздо медленнее, он позволил ученым со всего мира сделать ряд очень интересных и важных открытий. В частности, они наблюдали за химическими реакциями в процессе их выполнения, изучали поведение атомов в атмосферах звезд и в реальном времени наблюдали за процессом фотосинтеза. Возможность получать изображения с фемтосекундными интервалами с помощью нового лазера, по словам Эндрю Баррилла, заместителя директора лаборатории SLAC, станет настоящим переломным моментом.

"Если вы подумаете о стробоскопе, который срабатывает 120 раз, вы увидите одно изображение. Если он сработает миллион раз за секунду, вы получите совсем другое изображение. Так что вы можете создать гораздо более качественный фильм", - говорит он. 

Новый лазер совершенно не похож на своего предшественника 

Скорость, с которой LCLS-II способен делать снимки, далеко не единственное отличие между новым лазером и его предшественником.

Хотя оба прибора разгоняют электроны почти до скорости света, каждый из них делает это по-разному. LCLS-I, например, разгоняет электроны по медной трубе при комнатной температуре. Это хорошо для коротких разрядов, но не идеально для непрерывной работы.

Именно тут раскрывается потенциал нового лазера. При постоянной работе, необходимой для LCLS-II, выделяется много тепла. Обычные медные резонаторы, используемые в LCLS-I, отводили бы слишком много тепловой энергии, поэтому инженеры обратились к новому сверхпроводящему ускорителю.

Новый ускоритель состоит из десятков устройств длиной 40 футов (12 м), называемых криомодулями, которые предназначены для работы при температуре на два градуса выше абсолютного нуля (-456 градусов по Фаренгейту). Они поддерживаются в рабочем состоянии с помощью мощной криогенной установки, расположенной над землей.

В соответствии с требованиями по созданию нового революционного рентгеновского лазера, SLAC разрабатывает обновление своего Linac Coherent Light Source (LCLS), который будет находиться на переднем крае рентгеновской науки. SLAC 

По словам Криана, весь этот комплекс позволит ученым SLAC ответить на фундаментальные вопросы:  "Как происходит передача энергии в молекулярных системах? Каким образом происходит перенос заряда?". 

"Как только мы разберемся в некоторых из этих принципов, мы сможем начать их использовать, например, для того, чтобы воссоздать искусственный фотосинтез, построить более совершенные солнечные батареи", - продолжил он. 

Ученые SLAC надеются, что смогут включить новый лазер уже в новом году, а летом рассчитывают получить первые ренгеновские снимки. Было бы интересно посмотреть, какие тайны Вселенной откроет LCLS-II в будущем. 

Эти конструкции длиной 40 футов, называемые криомодулями, представляют собой строительные блоки для крупной модернизации под названием LCLS-II, которая увеличит производительность рентгеновского лазера на свободных электронах Linac Coherent Light Source (LCLS).

Источник: https://lcls.slac.stanford.edu/lcls-ii