Лазерный мир

В природе существует множество вещей и явлений, которые мы не можем понять из-за того, что мы не имеем возможности их увидеть в реальном времени.

Снимки отдельных атомов и молекул уже были получены какое-то время назад, уже были сделаны первые попытки проведения видеосъемки процессов, в том числе и движения электронов, протекающих во время химических реакций. Но для получения по-настоящему высококачественного научного материала требуются большие мощности за более короткие промежутки времени, чем то, что может обеспечить имеющееся сейчас научное оборудование.

Одним из научных приборов, используемых для проведения скоростной съемки, является рентгеновский лазер LCLS (Linac Coherent Light Source), находящийся в распоряжении ученых Центра линейных ускорителей Стэнфордского университета (Stanford Linear Accelerator Center, SLAC). Этот лазер способен вырабатывать импульсы рентгеновского излучения с рекордным на сегодняшний день уровнем яркости и длительностью всего в несколько квадриллионных долей секунды. А в самом ближайшем времени этот лазер, суммарная длина которого превышает 3 километра (2 мили), получит кардинальный апгрейд, в результате которого он станет еще мощней и быстрей.

The world’s brightest x-ray laser is getting a billion-dollar upgrade

There are lots of things that we don’t fully understand, because we just can’t see them. Individual atoms and molecules have been captured in still images, but capturing videos to see their movement requires more power at a faster rate. To do this, researchers at Stanford’s SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC used to stand for Stanford Linear Accelerator Center), use an x-ray laser that fires at incredibly fast speeds (quadrillionths of a second) to make stop-motion videos of chemical reactions. The laser is nearly two miles long. And now, it’s getting an upgrade.

SLAC announced yesterday that their x-ray laser, the Linac Coherent Light Source, would be getting an upgrade to the tune of $1 billion dollars. The plan is to rip out one-third of the existing laser and rebuild the portion with specialty components, able to function 8,000 times faster and 10,000 times brighter. The new portion will be called the LCLS-II.

http://www.popsci.com/worlds-brightest-x-ray-laser-is-getting-billion-dollar-upgrade

Стоимость проведения модернизации лазера оценивается в 1 миллиард долларов. План модернизации заключается в демонтаже около третьей части его оборудования и установке нового более современного оборудования. И после этого новый лазер, который получит название LCLS-II, станет в 8 тысяч раз быстрей и в 10 тысяч раз ярче.

A portion of the LCLS-II, Stanford’s x-ray laser.

Элемент ускорителя

Нынешний лазер LCLS используется для изучения достаточно обыденных вещей, но с весьма необычной «точки зрения». Исследования процессов фотосинтеза на уровне отдельных атомов уже позволили поднять эффективность солнечных батарей, а снимки химических связей между атомами водорода и кислорода в молекуле воды используются в разработке новых типов катализаторов для процесса расщепления и получения водорода, который является перспективным типом экологически чистого топлива.

Лазер LCLS работает, фокусируя тераватты излучения рентгеновского диапазона, сжатые в очень короткий импульс, на очень маленькой точке пространства. Длительность импульсов, как уже упоминалось выше, измеряется фемтосекундами, квадриллионными долями секунды. Существующая энергетическая система позволяет сейчас лазеру LCLS генерировать сверхкороткие импульсы с частотой 120 импульсов в секунду. После модернизации лазер LCLS-II будет способен генерировать порядка миллиона импульсов в секунду, потребляя такое же количество энергии, как и прежде. Несмотря на то, что импульсы будут вырабатываться гораздо чаще, они будут намного короче, чем раньше и их энергия будет ниже, чем энергия импульсов лазера LCLS. И, для того, чтобы понять какими энергиями оперирует лазер LCLS, следует отметить, что сейчас энергия одного импульса эквивалентна энергии, заключенной в одной чашке горячего кофе.

SLAC National Accelerator Laboratory
The new niobium portion of the LCLS-II will operate at negative 456 degrees Fahrenheit.

Новый лазер LCLS-II будет использоваться для исследований, в которых не требуется большой энергии, но которые сильно зависят от времени наблюдения. Если ученым требуется определить с точностью до фемтосекунд время образования связей между атомами, то это уже можно будет сделать при помощи лазера LCLS-II. Но если ученым потребуются исследования более плотных материалов и органических веществ, то им придется вернуться к лазеру LCLS-I, который более медленен, но более ярок.

Перевод: http://www.dailytechinfo.org/news/8012-samyy-moschnyy-i-bystryy-v-mire-rentgenovskiy-lazer-poluchaet-kardinalnyy-apgreyd.html