Лазерный мир

Российско-европейский лазер XFEL, выведенный на полную мощность в начале этого года, получил сверхбыструю рентгеновскую камеру, способную получать более четырех миллионов снимков каждую секунду. Об этом сообщает пресс-служба Немецкого синхротронного центра DESY.

«Это огромное достижение для всей физики, связанной с фотоникой. Используя DSSC, мы показали, что это устройство может фиксировать даже одиночные частицы света на той сверхвысокой частоте, с которой работает XFEL», — рассказывает Маттео Порро (Matteo Porro), научный руководитель проекта DSSC.

В 2007 году Германия и ряд европейских стран приняли решение о постройке мощнейшего рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL, который позволит ученым наблюдать за движением молекул в режиме реального времени, получать высококачественные фотографии живых клеток и прикоснуться к самым малым тайнам природы.

Стоимость проекта XFEL оценивается примерно в 1,2 миллиарда евро, в нем участвуют 12 стран. Россия присоединилась к проекту в июле 2009 года, выделив на него примерно 306 миллионов евро. На последних этапах сооружения лазера года российская сторона вложила в проект около 6,5 миллиарда рублей.

Первые тесты на XFEL начались в мае 2016 года, а в сентябре 2017 года лазер официально начал свою научную карьеру. Как ожидают ученые, он принесет тысячи новых открытий как для европейских, так и для российских биологов, химиков и физиков.

Изначально участники коллаборации ожидали, что лазер выйдет на полную мощность работы в сентябре прошлого года, однако в реальности это произошло чуть позже. До этого он вырабатывал заметно меньше пучков рентгеновского излучения, начав с отметки в один «выстрел» в минуту, а начиная с января этого года – несколько десятков тысяч пучков электронов каждую секунду.

Эти частицы сгруппированы в специальные пучки, так называемые «поезда», каждый из которых содержит в себе примерно 2700 электронов. Их движение по каналу ускорителя должно быть идеально синхронизировано для того, чтобы носители заряда попадали в специальные сегменты с очень крутыми поворотами и изгибами, заставляющие их тормозить и испускать рентген, в правильные моменты времени.

Каждый электрон, как отметил Порро, порождает вспышки рентгеновских волн каждые 220 наносекунд. По этой причине, ученым и инженерам XFEL пришлось разработать камеру, которая могла бы фиксировать каждый подобный всплеск излучения, получая фантастические 4,5 миллиона кадров в секунду.

Ее создание потребовало не только разработки сверхбыстрых матриц, способных работать с подобной скоростью, но и уникальной электронной обвязки, позволяющей записывать и хранить более восьми сотен мегапиксельных картинок на каждый «поезд» и обрабатывать несколько сотен гигабайт данных в секунду.

По его словам, первые научные эксперименты при помощи этой камеры уже были успешно проведены в конце мая этого года. Они показали, что это устройство стало самым быстрым детектором мягких рентгеновских волн на Земле, которое можно применять для самых разных исследований в физике, биологии или химии.

К примеру, она позволит следить за химическими реакциями в жидких средах в режиме реального времени и позволит проверить ряд новых физических теорий, описывающих то, как свет взаимодействует с материей и ведет себя в разных средах.

Более того, в ближайшее время ученые из Германии завершат разработку матриц нового поколения для DSSC. Они значительно повысят разрешающую способность камеры и позволят ей получать еще более четкие снимки, что значительно расширит ее научную применимость.

Источник: https://ria.ru/20190708/1556316674.html