XFEL - przyszłość europejskich laserów

Ponad 60 osób z Polski, Niemiec i siedmiu innych krajów wzięło udział w Międzynarodowych Warsztatach Diagnostyki Rentgenowskiej i Naukowych Zastosowań Europejskiego Lasera XFEL. Spotkanie odbyło w dniach 14-17 lutego w Rynie - poinformował dr Marek Pawłowski, rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku (IPJ) - organizatora imprezy.

Naukowcy dyskutowali o szczegółach konstrukcyjnych i zastosowaniach największego europejskiego lasera na swobodnych elektronach XFEL.
Ów laser - jak tłumaczy dr Pawłowski - to największe urządzenie tego typu na świecie. Rozpoczęta w lutym 2007 roku inwestycja, powstaje w niemieckim ośrodku synchrotronowym DESY pod Hamburgiem i ma wartość ok. miliarda euro. "XFEL będzie miał długość 3,4 km, a emitowane przez niego fale elektromagnetyczne będzie można regulować w zakresie od 6 do 0,1 nm (nanometrów) - ta ostatnia wartość odpowiada miękkiemu promieniowaniu rentgenowskiemu. Przewiduje się, że pełną zdolność operacyjną laser ten osiągnie w 2014 roku" - dodaje rzecznik IPJ.

Laser będzie pracował wysyłając promieniowanie w postaci impulsów. Jednak możliwości badawcze urządzenia znacznie by wzrosły, gdyby impulsy udało się wytwarzać w sposób ciągły. Jak informuje dr Pawłowski, rozwiązanie tego problemu proponują naukowcy ze Świerka. Mogłoby ono zostać wykorzystane także przy budowie polskiego lasera na swobodnych elektronach POLFEL. Projekt jego budowy złożono do Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

"Zdaniem uczestników spotkania, POLFEL staje się coraz bardziej koniecznym elementem powstającej europejskiej laserowej infrastruktury badawczej" - relacjonuje dr Pawłowski.

Projekt POLFEL, przygotowany przez IPJ, przewiduje budowę lasera długości do 400 m, emitującego bardzo krótkie impulsy światła ultrafioletowego o mocy do 0,22 GW. Uczestnicyw warsztatów podkreślali, że POLFEL funkcjonowałby nie tylko jako urządzenie badawcze, ale również jako prototyp pozwalający przygotować technologie niezbędne do modernizacji europejskiego lasera XFEL. "W praktyce oznacza to, że nowoczesne technologie pojawiłyby się w Polsce wcześniej niż w innych krajach Europy" - zwraca uwagę prof. Grzegorz Wrochna z IPJ.

Podczas spotkania w Rynie podkreślano, że dzięki odpowiednim modyfikacjom można wydłużyć fale emitowane przez lasery na swobodnych elektronach aż do zakresu fal terahercowych. Promieniowanie terahercowe należy do słabo znanego zakresu fal elektromagnetycznych między podczerwienią a falami radiowymi. Są to niewidzialne dla oka i nieszkodliwe tzw. fale T.

"Pierwsze próby tego typu są już prowadzone z laserem FLASH, działającym w niemieckim ośrodku DESY. Zmodyfikowany laser na swobodnych elektronach, pracujący w zakresie terahercowym, dołączyłby do zaledwie trzech takich urządzeń zbudowanych na świecie. Polscy fizycy uczestniczący w Warsztatach zaprezentowali również pomysł, jak uzyskać wiązkę terahercową w laserze POLFEL" - informuje rzecznik IPJ.

***

Potencjał badawczy laserów FEL jest tak duży, że Europejskie Forum Strategii ds. Infrastruktur Badawczych ESFRI umieściło je na Europejskiej Mapie Drogowej - wśród priorytetowych przedsięwzięć naukowych, o kluczowym znaczeniu dla rozwoju nauki i gospodarki całego kontynentu. Dodatkowo w kwietniu 2008 r. Komisja Europejska utworzyła infrastrukturę IRUVX, obejmującą sieć laserów FEL w Niemczech (ośrodki DESY i BESSY), Włoszech (Sincrotrone Trieste), Wielkiej Brytanii (Science and Technology Facilities Council) i Szwecji (Lund University MAX-lab).

Lasery FEL emitują promieniowanie w impulsach trwających zaledwie femtosekundy (femtosekunda to jedna biliardowa część sekundy - PAP). Tak krótkie impulsy umożliwiają filmowanie przebiegu reakcji chemicznych i procesów biologicznych. Dodatkowo spójność światła laserowego pozwala - podobnie jak w holografii - rejestrować obrazy trójwymiarowe. Mechanizm generowania wiązki laserowej umożliwia ponadto modyfikowanie długości fali laserowej i dopasowanie jej do struktury energetycznej atomów badanej próbki. W ten sposób udaje się np. lokalizować atomy w cząsteczkach białek. Dzięki olbrzymiej mocy impulsów można również modyfikować powierzchnie materiałów w celu nadawania im niezwykłych własności. EKR

PAP - Nauka w Polsce