Популярно о том, что такое лазер на свободных электронах
Как мы уже писали, Китай вступил в «элитный клуб» стран, которые оснащают исследовательские лаборатории мощными источниками моноэнергетических электронов, называемыми free electron lasers (FELs или лазер на свободных электронах). Аппарат Dalian Coherent Light Source, о завершении работ над которым сообщили недавно пекинские ученые, является уникальным в своем роде: это единственный лазерный аппарат в мире, который излучает в определенном коротковолновом световом спектре (т.н. вакуумный ультрафиолет, длина волн которого составляет от 200 до 10 нм). По словам Алека Вудтейка, физического химика из Геттингенского университета в Германии, эта особенность делает новое устройство превосходным инструментом для обнаружения и анализа химических молекул в протекающих реакциях.
Ученые во всем мире за последнее десятилетие сосредоточены вокруг технологии FELs, потому что она позволяет производить куда более яркий свет за короткие промежутки времени, в сравнении с синхротронами — ускорителями частиц, которые были «рабочими лошадками» кристаллографии белка, клеточной биологии и даже материаловедения. В синхротронах, электроны пролетают по накопительному кольцу, длина окружности которого составляет километр или даже больше. В процессе этого они «сбрасывают» фотоны, которые формируются в пучки.
В противоположность этой механике, FELs выстреливает электронами из линейного ускорителя в ондуляторе, где магниты чередующейся полярности ведут их по извилистому пути. По мере того, как электроны проходят каждый изгиб, они излучают фотоны. Взаимодействие между электронами и накопителями фотонов генерирует когерентное лазерное излучение.
Большая часть лабораторий, имеющих в своем распоряжении FELs, в настоящее время базируются в Европе и США. Устройства, которые находятся в их распоряжении, излучают «жесткие» рентгеновские лазерные лучи с длиной волны до 0,1 нм, что идеально подходит для изучения кристаллизации белков и других твердых частиц. Однако эти лучи настолько сильны, что «разрушают молекулы прямо на глазах», говорит Ян Ху Мин, физический химик из Китайской академии наук. Однако новый прибор излучает «мягко», в диапазоне 100−150 нм, что делает его наилучшим средством для обнаружения молекул и атомов в газе. Он ожидает, что исследователи будут использовать FELs для исследования реакции сжигания топлива — его интересует поведение биомолекул в газообразной среде и то, какие реакции протекают между ними. Некоторые эксперименты, по словам химика, могут иметь огромное значение для промышленности и экологии. Так, к примеру, мы можем улучшить свое понимание того, какие именно аэрозольные компоненты формируют невыносимый смог в Пекине, чтобы принять все меры предосторожности.