Най-мощният в света лазер със свободни електрони, тестван за първи път
Отражение на синхротронно лъчение от тербиев кристал
Синхротронен източник на радиация Daresbury, 1990 г
Дължината на вълната на рентгеновото лъчение е стотици пъти по-малка от тази на видимата светлина - тя е сравнима или много по-малка от размера на атомите. Това дава възможност за активното му използване за изследване на атомната структура на кристалите. Има няколко вида източници на рентгенови лъчи. За първи път рентгеновите лъчи са открити в катодни тръби - устройства, в които електроните се откъсват от катода, ускоряват се от електрическо поле и се блъскат в анода, карайки последния да генерира радиация поради електронни преходи в атомите. Такива източници се използват например в рентгенови апарати в клиники.
По-интензивно лъчение се генерира в ускорителите на частици. Според законите на електродинамиката заредена частица, която се движи с ускорение, излъчва фотони. Ако в този случай кинетичната енергия (и скоростта) на частицата е голяма, тогава енергията на фотона също е голяма. Един от най-мощните източници на рентгенови лъчи са синхротроните. В тях електроните се движат със скорост, близка до светлинната, в кръг с диаметър стотици метри и изпитват центростремително ускорение поради огъващи магнити. Яркостта на синхротроните е с няколко порядъка по-висока от тази на катодните тръби.
Диаграма на синхротрона Солей (близо до Париж)
Следващата стъпка в развитието на източниците на рентгенови лъчи са лазерите със свободни електрони. За разлика от синхротроните, тези съоръжения са линейни. Електроните в тях се ускоряват от свръхпроводящи кухини и се насочват към ондулаторната линия. Състои се от огромен брой магнити с редуваща се полярност - те отклоняват електроните от първоначалната траектория или наляво, или надясно. На всеки такъв завойИзлъчват се рентгенови кванти.
Схема на работа на ондулатора
В европейския лазер на свободните електрони броят на такива магнити надхвърля 17 хиляди. Преди да влезе в ондулатора, електронът прелита през 2,1-километровата ускоряваща линия. Общата му дължина е 3,4 километра, устройството се намира близо до Хамбург (Германия). Основната част на лазера е под земята. Това е най-големият съществуващ лазер на свободни електрони.
Фрагмент от европейския ускорителен комплекс XFEL
Европейски XFEL / Хайнер Мюлер-Елснер
Kartik Ayyer и др. / Структурна динамика, 2015
Европейският XFEL не е първият лазер със свободни електрони. За първи път такъв лазер е създаден през 1971 г. в Станфорд. Честотата на излъчване на такива системи може да варира от рентгеново до инфрачервено. Най-яркият рентгенов свободен електронен лазер в момента се намира в SLAC National Accelerator Laboratory (Станфорд) - LINAC. Дължината на вълната на неговото излъчване може да се задава в диапазона от 0,13 до 6,2 нанометра.
