XFEL bude zdrojom RTG žiarenia výnimočných kvalít

01. 05. 2017

akcelerátorový tunel

Európsky projekt 3.4 km dlhého RTG lasera budovaného v Hamburgu, pod názvom „The European X-Ray Free Electron Laser Project“,  skrátene XFEL, bude zdrojom RTG žiarenia výnimočných kvalít presahujúci všetky aktuálne svetové zdroje. Projekt Európskeho XFEL je v súčasnej dobe uvádzaný do prevádzky.

Výskumné centrum v Hamburgu vybudovalo a momentálne spúšťa do prevádzky energeticky najsilnejší laserový lúč voľných elektrónov na svete. Ide o medzinárodné výskumné zariadenie plné superlatívov. 27 000 röntgenovských zábleskov za sekundu pri intenzite, ktorá je miliardukrát vyššia než u tých najlepších klasických röntgenových zdrojov a otvorí nám úplne nové možnosti pre vedu. XFEL zariadenie je charakterizované unikátnou kombináciou vlastností: vysokej intenzity, koherencie, polarizácie žiarenia, nastaviteľnosti vlnovej dĺžky, krátkou časovou dobou pulzu (pod 100 femto-sekúnd) spojenou s vysokou hustotou emitovaných fotónov. Kvalita žiarenia produkovaného XFEL bude o niekoľko rádov lepšia v porovnaní s najvýkonnejšími zdrojmi rtg. žiarenia dneška, čo analogicky v budúcnosti prispeje k prelomovým poznaniam v oblasti prírodných vied a k technologickému pokroku v krajinách zapojených do projektu.

XFEL je možné prirovnať k mikroskopu, ktorý umožní napr. metodikou koherentnej difrakcie zaznamenať priebeh chemickej reakcie na atomárnej úrovni, skúmať dynamiku a interakcie iónov v stave horúcej plazmy, analyzovať štruktúru proteínov bez nutnosti ich kryštalizácie, analyzovať veľké molekulárne komplexy a vírusy na atomárnej úrovni. Preto, tento výskum priťahuje záujem širokej vedeckej komunity. Vedecké oblasti, na ktoré bude mať XFEL rozhodujúci dopad sú: Výskum atómov, iónov, molekúl a klastrov; Fyzika plazmy; Fyzika tuhých látok; Materiálový výskum; Chémia; Štrukturálna biológia; Optika a nelineárne procesy. 

slide o odborných oblastiach XFEL-u

Vznik projektu XFEL
Z historického a technologického hľadiska vychádza projekt XFEL z lineárneho urýchľovača TESLA, navrhnutého predovšetkým pre potreby časticovej fyziky. Na jeho vývoji sa podieľalo 55 inštitúcií z 12 krajín. Urýchľovač TESLA bol natoľko inovatívny, že sa ukázal ako vhodná technologická báza pre vybudovanie nového zdroja extrémne tvrdého RTG žiarenia s mimoriadne vysokou intenzitou, produkovaného voľnými elektrónmi. V centre DESY sa preto začalo s výstavbou TESLA Test Facility (TTF). Vo februári v roku 2000 sa na TTF podarilo emitovať žiarenie s vlnovou dĺžkou pod 100 nm. Vývoj pochopiteľne neustal a to, čo pôvodne začalo ako testovacie zariadenie, dostalo v auguste 2005 konečnú podobu a názov FLASH (Free – Electron Laser in Hamburg) a podtitul „Pilotný program XFEL“. FLASH dodnes produkuje laserové svetlo s vlnovými dĺžkami v škále od extrémne ultrafialových až po mäkké RTG žiarenie. Overenie a potvrdenie dôležitých fyzikálnych javov a konštrukčných prvkov na pilotnom programe FLASH umožnilo vypracovať  technickú dokumentáciu pre 3,4 km dlhý synchrotrónový lineárny urýchľovač štvrtej generácie „XFEL“ a od 8. januára 2009 spustiť jeho výstavbu. Skúšobné uvedenie do prevádzky je naplánované na rok 2016 a definitívne by mal byť XFEL dostupný pre užívateľov v apríli 2017. Celkové náklady na výstavbu zariadenia sú 1,086 mld. Euro v cenách roku 2005. V roku 2012 bola cena navýšená na 1,148 mld. Euro a v roku 2015 na 1, 250 mld. Euro, v cenách r. 2005. Po prvýkrát v histórii sa výstavba realizuje pod záštitou medzinárodnej obchodnej spoločnosti, financovanie je zabezpečené podielmi jednotlivých krajín, ktoré sa stanú akcionármi. Akcionári rozhodnú o poplatkoch za užívanie zariadenia, rozhodnú o licenčných právach, ako aj o podmienkach pre vstup prípadných záujemcov do obchodnej spoločnosti. Najvýznamnejšími akcionármi sú Nemecko (58 %), Rusko (27%).  (Zdroj: TS 18. apríl 2017). Slovensko je zmluvne zaviazané podieľať sa na financovaní výstavby jedným percentom. Po navýšení ceny diela SR sa rozhodla zvýšiť svoj podiel až na 1.16 %. Úplne spustenie diela do plnej prevádzky sa očakáva v druhej polovici roka 2017.  

XFEEL

Slovensko a projekt XFEL
Slovensko  je členom v European XFEL, s. r. o. od roku 2009, je zakladajúcim štátom a akcionárom spoločnosti podľa nemeckého práva a vlastní 1,1 % akcií spoločnosti. Slovensko má právo rozhodovať o ekonomických tokoch v spoločnosti. Slovenská republika je členskou krajinou zastúpenou UPJŠ v Košiciach vykonávajúcou práce a činnosti, ako aj účasť na valnom zhromaždení  členských štátov a pozorovateľov v European XFEL. Najväčší prínos účasti SR v tomto projekte spočíva v možnosti využívať najmodernejšiu výskumnú infraštruktúru slovenskou vedeckou komunitou. Zároveň sa otvoria nové možnosti vzdelávania našich študentov a doktorandov v najpokročilejších metodikách a v medzinárodnom prostredí špičkových fotónových zdrojov.

Z hľadiska priorít aj histórie má dnes Slovensko najsilnejšie zastúpenie v oblasti štrukturálnej a systémovej biológie, kde prispievame do užívateľských konzorcií pre zobrazovanie jednotlivých častíc a biomolekúl a sériovej femtosekundovej kryštalografie (SPB/SFX) aj biologickej infraštruktúry pre E-XFEL (XBI), ale aj v oblasti materiálového výskumu, kde experimenty začnú o niečo neskôr. 

banner: Škola synchrotrónového žiarenia 2017

Od 9. do 12. mája 2017 sa koná v Liptovskom Jáne Vedecká interdisciplinárna škola SFEL2017 pri príležitosti sprevádzkovania najvýkonnejšieho röntgenového lasera na svete. Toto unikátne zariadenie spravuje nezisková akciová spoločnosť E-XFEL, ktorá vznikla ako spoločný projekt jedenástich európskych krajín, medzi nimi je aj Slovensko. Jedným zo zámerov podujatia SFEL2017 – školy užívateľov XFEL a synchrotrónového žiarenia, je informovať slovenskú vedeckú komunitu o najnovšom vývoji v súvislosti s projektom E-XFEL, ale najmä o spôsoboch a možnostiach zapojenia sa do prvých experimentov. Pre mladých výskumných pracovníkov a univerzitných študentov budú prednášať prizvaní zahraniční odborníci.
Organizátorom podujatia SFEL2017 je Univerzita Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, v spolupráci s E-XFEL, GmbH v Hamburgu, Komisiou MŠVVaŠ SR pre koordináciu aktivít SR v projektoch orientovaných na materiály, fyzikálne vedy s aplikačným potenciálom pre biologické a medicínske vedy, chemické vedy a IT (ESFRI) a Národným centrom pre popularizáciu vedy a techniky v spoločnosti CVTI SR.

Zastúpenie Slovenska  v orgánoch XFEL
prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc. – podpredseda E-XFEL Council v r. 2010 – 2014, v súčasnosti zástupca SR v Rade XFEL, člen administratívneho a finančného výboru XFEL,
Ing. Karel Saksl, DrSc. – zástupca SR v Rade XFEL, člen Vedeckého poradného výboru (SAC XFEL), 
RNDr. Štefan Molokáč, CSc. – člen komisie pre In-Kind technológií a zariadení pri budovaní a využívaní XFEL,
Problematiku výstavby XFEL z národnej úrovne koordinovala od roku 2005 Komisia pre spoluprácu s XFEL  pri Ministerstve školstva, vedy výskumu s športu SR. V roku 2011 bola komisia pretransformovaná na Komisiu MŠVVaŠ SR pre koordináciu aktivít SR v projektoch ESFRI orientovaných na materiály, fyzikálne vedy, s aplikačným potenciálom pre biologické a medicínske vedy, chemické vedy a IT. Členmi komisie sú významní odborníci zo slovenských  výskumných univerzít, ústavov SAV a Sekcie vedy a techniky MŠVVaŠ SR.

Zdroj: Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu SR

Tlačová správa z 18. 4. 2017

Tlačová správa UPJŠ Košice

Fotozdroje:

obr.1: http://www.xfel.eu/news/2017/accelerator_for_the_european_xfel_operational/
obr. 2: prezentácia

Fotogaléria: E-XFEL

 

Spracovala: M. Izakovičová

 

 

Kľúčové slová:
CVTI SR, projekty, inovácie, technológie

Odbory vedy a techniky:
Technické vedy

Najdlhší supravodivý lineárny urýchľovač pre European XFEL v prevádzke

Tlač