Самый мощный в мире рентгеновский лазер будет улучшен: почему это важно для новых технологий

Министерство энергетики США дало добро на модернизацию самого мощного рентгеновского лазера на свободных электронах под названием Linac Coherent Light Source (LCLS). Она находится под землей в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, штата Калифорния. После улучшения лазера ученые смогут изучить секреты мельчайших частиц более подробно, чем когда-либо, пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Самый мощный рентгеновский лазер в мире

Ученые используют LCLS для изучения строительных блоков Вселенной, облучая атомы, наноструктуры и молекулы рентгеновскими лучами. Это позволяет им анализировать атомные процессы, которые управляют тем, как работает мир.Такие лазеры на свободных электронах производят яркий свет в невероятно широком диапазоне длин волн, с лучами, которые намного ярче, чем у других лазеров.

LCSC работает, ускоряя электроны до скорости, которая близка к скорости света, а затем концентрирует их через массив магнитов. Таким образом возникаю частицы света фотоны в концентрированном, ярком луче, который освещает мельчайшие частицы.

LCLS находится в подземном туннеле длиной 3,2 км. Впервые лазер, использование которого началось в 2009 году, был модернизирован в 2023 году. Эта модернизация получила название LCLS-II. В результате луч лазера стал в 10 000 раз ярче.

С помощью самого мощного рентгеновского лазера в мире ученые впервые увидели, как образуются химические связи, а в прошлом году смогли наблюдать в реальном времени этапы фотосинтеза. Использование лазера для исследований атомного мира позволяет лучше понять все, от химических реакций до сохранения энергии в новых солнечных панелях.

В рамках прошлой модернизации был добавлен новый ускоритель, что позволило увеличить скорость электронов внутри лазера.Для этого были установлены криомодули, с помощью которых охлаждается путь прохождения частиц почти до абсолютного нуля или минус 271 градус Цельсия. А это холоднее, чем в глубоком космосе. Внутри каждого криомодуля находятся радиочастотные полости, которые после охлаждения до невероятно низких температур действуют как сверхпроводники для усиления выходной энергии лазерного луча.

Модернизация рентгеновского лазера LCLS

Новая модернизация лазера получила название LCLS-II-HE и она должна увеличить в 2 раза энергию, вырабатываемую пучком свободных электронов LCLS-II. Таким образом яркость лазерного луча вырастет в 3000 раз. Для этого потребуется установить дополнительные криомодули для поддержания сверхнизких температур.

Ученые смогут визуализировать движение материалов, химических систем и биологических комплексов в атомном масштабе, чтобы решить некоторые из наиболее важных проблем, с которыми сталкивается наше общество.

Модернизация лазера обойдется в 716 миллионов долларов и значительно расширит научные возможности Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Ожидается, что модернизация лазера будет завершена к 2030 году, хотя ученые надеются провести испытания гораздо раньше, чтобы продемонстрировать весь потенциал лазера.

LCLS используют для изучения оптимальных структур для нанотехнологий и наноматериалов, которые, по словам ученых, могут сыграть важную роль в улучшении технологий возобновляемой энергии и плотности энергии батарей. Также лазер помогает расширить понимание биологических процессов в наномасштабе, что помогает в создании более эффективных лекарств.

Как уже писал Фокус, Землю накроет вторая сильнейшая геомагнитная буря в этом году. Ученые прогнозируют, что на Земле возникнет геомагнитная буря уровня G4, а это уже вторая подобная буря с мая этого года.

Также Фокус писал о том, что физики считают, что существует пятая сила, управляющая Вселенной, которую пока не удалось обнаружить. Авторы нового исследования говорят, что найти ее можно с помощью околоземных астероидов.