La instalación europea de láser de electrones libres de rayos X ( European XFEL ) es una instalación láser de investigación de rayos X puesta en servicio durante 2017. Los primeros pulsos de láser se produjeron en mayo de 2017 [2] [3] y la instalación comenzó a funcionar en septiembre de 2017. [ 4] El proyecto internacional con doce países participantes; nueve accionistas en el momento de la puesta en marcha (Dinamarca, Francia, Alemania, Hungría, Polonia, Rusia, Eslovaquia, Suecia y Suiza), a los que luego se sumaron otros tres socios (Italia, España y el Reino Unido), [5] [6] es ubicado en los estados federales alemanes de Hamburgo y Schleswig-Holstein. [7] Un láser de electrones libres genera radiación electromagnética de alta intensidad acelerando electrones a velocidades relativistas y dirigiéndolos a través de estructuras magnéticas especiales. El XFEL europeo está construido de tal manera que los electrones producen luz de rayos X en sincronización, lo que da como resultado pulsos de rayos X de alta intensidad con las propiedades de la luz láser y en intensidades mucho más brillantes que las producidas por las fuentes de luz de sincrotrón convencionales.
El túnel de 3,4 kilómetros (2,1 millas) de largo para el XFEL europeo que alberga el acelerador lineal superconductor y las líneas de luz de fotones se extiende de 6 a 38 m (20 a 125 pies) bajo tierra desde el sitio del centro de investigación DESY en Hamburgo hasta la ciudad de Schenefeld en Schleswig-Holstein, donde se ubican las estaciones experimentales, laboratorios y edificios administrativos. [8]
Los electrones se aceleran a una energía de hasta 17,5 GeV mediante un acelerador lineal de 2,1 km (1,3 millas) de largo con cavidades de RF superconductoras . [8] El uso de elementos de aceleración superconductores desarrollados en DESY permite hasta 27 000 repeticiones por segundo, mucho más de lo que pueden lograr otros láseres de rayos X en EE. UU. y Japón. [9] Luego, los electrones se introducen en los campos magnéticos de conjuntos especiales de imanes llamados onduladores , donde siguen trayectorias curvas que dan como resultado la emisión de rayos X cuya longitud de onda está en el rango de 0,05 a 4,7 nm . [8]
Los rayos X se generan por emisión espontánea autoamplificada (SASE), donde los electrones interactúan con la radiación que emiten ellos o sus vecinos. Dado que no es posible construir espejos para reflejar los rayos X en múltiples pasadas a través del medio de ganancia del haz de electrones, como ocurre con los láseres de luz, los rayos X se generan en una sola pasada a través del haz. El resultado es la emisión espontánea de fotones de rayos X que son coherentes (en fase) como la luz láser, a diferencia de los rayos X emitidos por fuentes ordinarias como las máquinas de rayos X , que son incoherentes. El brillo máximo del XFEL europeo es miles de millones de veces superior al de las fuentes de luz de rayos X convencionales, mientras que el brillo medio es 10 000 veces superior. [8]La mayor energía de los electrones permite la producción de longitudes de onda más cortas. [9] La duración de los pulsos de luz puede ser inferior a 100 femtosegundos . [8]
Hay seis experimentos realizados dentro del XFEL por científicos de todo el mundo. Todos estos experimentos utilizan rayos X.
El instrumento SQS está desarrollado para investigar los procesos fundamentales de la interacción luz-materia en la radiación de longitud de onda de rayos X suaves. Los objetos típicos de investigación van desde átomos aislados hasta biomoléculas grandes, y los métodos típicos son una variedad de técnicas espectroscópicas. [10] El instrumento SQS proporciona tres estaciones experimentales: