Fontos mérföldkőhöz érkezett Hamburgban a European XFEL, az egyik legjelentősebb európai kutatási infrastruktúra építése: megkezdte működését a nagyberendezés 2,1 km hosszú, föld alatti elektrongyorsítója, amelyben 98 darab, 1,7 km távon egymás után kapcsolt rezonátor gyorsítja az elektronokat egyelőre 12 GeV (12 milliárd elektronvolt) energiára; ezt az energiát a következő hónapokban fokozatosan 17,5 GeV-re fogják emelni. A rezonátorok nióbium fémből készültek és az abszolút nulla fok közelében, ‑271 °C hőmérsékleten működnek, ahol a nióbium szupravezetővé válik, vagyis teljesen elveszíti elektromos ellenállását. Ez ma a világ leghosszabb szupravezető lineáris részecskegyorsítója.
A felgyorsított elektronokat mágnesek különleges elrendezésű, mintegy 200 m hosszú sorozatába, úgynevezett undulátorokba vezetik, amelyekben másodpercenként 27000 igen rövid, a lézerfényhez hasonló tulajdonságokkal rendelkező, a hagyományos röntgenforrásokénál egy milliárdszor erősebb röntgenfelvillanás keletkezik; az ilyen nagyberendezést szabadelektron-lézernek nevezzük. A kutatók ezeket a 10 keV körüli energiájú, vagyis a keményröntgen-tartományba eső fotonokból álló felvillanásokat fogják használni az összesen 3,4 km hosszúságú röntgenlézer végén kiépülő mérőállomásokon kísérletek végzésére. Ezekben atomi felbontással térképezik fel vírusok szerkezetét, sejtek molekuláris összetételét fejtik meg, háromdimenziós „fényképeket” készítenek a nanovilágról, gyors kémiai reakciókat „filmeznek le”, vagy éppen olyan folyamatokat tanulmányoznak, amilyenek a bolygók belsejében zajlanak, és az alkalmazások sorát még hosszan lehetne folytatni. Az első felhasználói kísérletekre ez év őszén fog sor kerülni.
A European XFEL tervezése húsz évvel ezelőtt kezdődött. A berendezés építése több mint hét évet vesz igénybe, de bővítése a működési fázisban is folytatódni fog. A röntgenlézer megépítését 11 ország (Dánia, Franciaország, Lengyelország, Magyarország, Németország, Olaszország, Oroszország, Spanyolország, Svájc, Svédország és Szlovákia) vállalta magára; a 2005-ös árakon számolt 1,22 milliárd € teljes költségből Németországra 58 %, Oroszországra 27 % jut. Magyarország teljes jogú tagként a költségek 1 %-át állja.
Magyar kutatók a nyolcvanas évek óta használnak analitikai és anyagvizsgálati célból részecskegyorsítókon alapuló röntgenforrásokat; ilyen tapasztalatokat elsősorban a legnagyobb európai szinkrotronnál, a grenoble-i ESRF-nél szereztek (erről ebben a korábbi cikkben lehet olvasni). Ezért remélhető, hogy a mérőállomások teljes kiépülése után kutatóink a European XFEL-nek is sikeres használói lesznek. Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban jelenleg két kutatócsoport készül arra, hogy a berendezés egyik első használója legyen.
Kép forrása: Heiner Müller-Elsner / European XFEL
