Laser za miliard euro

Slalom w tunelu
Dwanaście krajów, a wśród nich Polska, buduje gigantyczną kamerę do obserwacji zjawisk w mikroświecie.
W instalacji XFEL elektrony bedą przyspieszane niemal do prędkości świetlnej
WWW.XFEL.EU

W instalacji XFEL elektrony bedą przyspieszane niemal do prędkości świetlnej

Główne urządzenie będzie miało rozmiary lokomotywy
WWW.XFEL.EU

Główne urządzenie będzie miało rozmiary lokomotywy

Polska, z jednogłośną aprobatą parlamentu, potwierdziła wolę przystąpienia do wspaniałego projektu badawczego (ustawa czeka na zatwierdzenie przez Senat i podpis prezydenta). W Niemczech, w ponadtrzykilometrowym tunelu rozciągającym się między Hamburgiem a miasteczkiem Schenfeld, w ciągu najbliższych czterech lat powstanie największy i najnowocześniejszy na świecie rentgenowski laser na wolnych elektronach XFEL (skrót od X-ray Free-Electron Laser).

Pierwszą reakcją na doniesienia o tych projektach badawczych i tunelach za 1,08 mld euro (tyle kosztować ma XFEL) będzie prawdopodobnie żachnięcie: bo co z tego wynika dla podatnika? Ktoś powie, że jeden tunel, LHC pod Genewą, już wykopaliśmy, a praktycznych pożytków dla ludzkości brak. Zacznijmy od aspektów utylitarnych.

Biologom i medykom XFEL posłuży do prześwietlania biomolekuł – komórek, błon komórkowych, wirusów, łańcuchów DNA – oraz inwigilacji zjawisk, w których biorą one udział. Chemikom – do badania na żywo procesów chemicznych, z kluczową dla przemysłu katalizą na czele. Astrofizykom – do wytwarzania ekstremalnych stanów materii spotykanych np. w jądrach planet olbrzymów takich jak Jowisz. Fizykom i nanotechnologom – do badania małych układów kwantowych, testowania czipów i magnetycznych nośników pamięci, poszukiwania dróg dalszej miniaturyzacji. Specjalistom nauk materiałowych – do opracowywania materiałów o niespotykanych dotąd własnościach i optymalizowania procesów wytwarzania materiałów już znanych. Inżynierom poszukującym nowych źródeł energii XFEL przyda się do śledzenia procesów zachodzących w ogniwach słonecznych i podczas fotosyntezy, a także do eksperymentów związanych z fuzją termojądrową. Laser skieruje też swe światło na arcytrudne do symulowania tzw. procesy kolektywne – związane z przepływem cieczy, zwijaniem się białek czy dynamiką polimerów, i na wiele innych.

Gigantyczne kamera

Teoretycznie podobny zakres usług oferują liczne inne, podobne do XFEL, używane obecnie źródła promieniowania gamma – towarzyszące dziesiątkom synchrotronów (akceleratorów cząstek elementarnych) rozsianym po całym świecie. Ale XFEL jest wyjątkowy. Emitowane przez niego fale będą mieć bardzo niewielką, ale dobrze określoną długość (od 6 do 0,1 miliardowych części metra), bezkonkurencyjną spójność i jasność miliardy razy większą niż konwencjonalne źródła promieniowania rentgenowskiego. Ich impulsy emitowane będą maksymalnie 27 tys. razy na sekundę. O laserze tym można więc myśleć jak o gigantycznej superszybkiej kamerze wysokiej rozdzielczości, która pozwoli naukowcom odbierać na żywo relację z nanoświata (to słowa prof. Helmuta Doscha, szefa rady dyrektorów DESY, hamburskiego laboratorium reprezentującego Niemcy w przedsięwzięciu).

Laser ten łatwo też porównać do wielkiego mikroskopu, który można dostroić precyzyjnie do charakteru obserwowanego zjawiska. Obrazy powstawać będą jednak w inny niż znany z klasycznej optyki sposób. W XFEL konwencjonalny laser wybije elektrony ze specjalnej elektrody. Zostaną one następnie przyspieszone do prędkości bliskiej prędkości światła w dwukilometrowym, supernowoczesnym akceleratorze liniowym (jego nadprzewodzące, czyli przewodzące prąd elektryczny bez strat, elektromagnesy utrzymywane są w temperaturze minus 271 st. C), po czym trafią to tzw. undulatora. To rodzaj slalomu giganta – pokonując go elektrony będą spontanicznie emitować promieniowanie (tzw. promieniowanie synchrotronowe), które zostanie następnie w wyrafinowany technicznie sposób wzmocnione, co w efekcie utworzy wiązkę laserową.

Nasze dwa procent

W rzeczywistości podstawowy tunel, którym w XFEL będą biegły elektrony, rozgałęzi się na kilka odnóg, co pozwoli na zainstalowanie przy każdej z nich wielu stacji badawczych, wykorzystywanych między innymi przez polskich uczonych. Konsorcjum osiemnastu krajowych instytucji naukowych i przemysłowych reprezentowane będzie przez Instytut Problemów Jądrowych w Świerku. Do wspólnej puli wrzucamy 21,6 mln euro, co stanowi 2 proc. udziałów w kapitale zakładowym. Poza Niemcami (56 proc.) i Rosją (23 proc.) tyle samo, mniej więcej, płacą wszystkie pozostałe kraje. Część z tych pieniędzy zresztą do nich wróci – w postaci zamówień na wykonanie elementów XFEL.

Jeśli kogoś jeszcze dręczy wątpliwość, czy warto budować laser za miliard euro, niech wspomni odkrycie struktury DNA. Nie byłoby ono możliwe bez zdjęć (a precyzyjniej – obrazów dyfrakcyjnych) tego polimeru autorstwa Rosalind Franklin. Zdjęć, dodajmy, wykonanych właśnie za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Były pierwszorzędnej jakości – jak na 1953 r. Ale wykonano je w technologii, którą dziś, za sprawą XFEL, uznać należy za iście średniowieczną.
XFEL będzie zatem źródłem wielu oświeceń.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną