유럽 XFEL

European XFEL

좌표:53°35~20°N 9°49~44°E/53.589°N 9.829°E/ 53.589; 9.829

유럽 X선 자유 전자 레이저 설비 Gmb
유형기초 연구
설립.2009년 9월 23일, 12년 전(2009-09-23)[1]
본사셰네펠트, 독일
웹 사이트www.xfel.eu
유럽 XFEL 프로젝트의 모든 회원국은 짙은 보라색으로 강조 표시되어 있습니다.

유럽 XFEL(European X-Ray Free-Electron Laser Facility)은 2017년에 위탁된 X선 연구 레이저 시설입니다.레이저 펄스는 2017년 5월에[2][3] 처음 생산되었고 2017년 [4]9월에 사용자 가동을 시작했습니다.12에 참가하는 국가들, 9개 주주들과 시운전 당시에 국제적 프로젝트(덴마크, 프랑스, 독일, 헝가리, 폴란드, 러시아, 슬로바키아, 스웨덴, 스위스), 나중에(이탈리아, 스페인, 영국)[5][6]햄버그 Schleswig-Holste의 독일 연방 주에 있는 대로 다른 3파트너에 의해 참가했다.in.[7]자유전자레이저는 전자를 상대론적 속도로 가속시켜 특수한 자기구조를 통해 유도함으로써 고강도 전자방사를 발생시킨다.European XFEL은 전자가 동기화하여 X선 빛을 생성하도록 설계되어 레이저 빛의 특성과 함께 기존의 싱크로트론 광원에서 생성된 것보다 훨씬 밝은 강도로 고강도 X선 펄스를 생성합니다.

위치

초전도 선형 가속기와 광자 빔 라인을 수용하는 유럽 XFEL용 3.4km(2.1mi) 길이의 터널은 함부르크의 DESY 연구 센터 부지에서 슐레스비히홀슈타인의 셰네펠트 마을까지 지하 6-38m(20~125ft)에 걸쳐 있다.e가 [8]배치되어 있습니다.

액셀러레이터

전자는 초전도 RF 공동이 있는 [8]2.1km(1.3mi) 길이의 선형 가속기에 의해 최대 17.5GeV의 에너지로 가속됩니다.DESY에서 개발한 초전도 가속 소자를 사용하면 초당 최대 27,000회까지 반복할 수 있는데, 이는 미국과 일본의 다른 X선 [9]레이저보다 훨씬 많은 횟수이다.그런 다음 전자는 파장이 0.05에서 4.7nm [8]범위에 있는 X선을 방출하는 곡선 궤적을 따라가는 언덕터라고 불리는 특별한 자석 배열의 자기장으로 도입됩니다.

레이저

X선은 전자가 자신 또는 그 이웃이 방출하는 방사선과 상호작용하는 자기 증폭 자연 방출(SASE)에 의해 생성된다.광레이저와 같이 전자빔 게인 매체를 통과하는 다중통과용 X선을 반사하는 거울을 구축할 수 없기 때문에 X선은 빔을 통과하는 단일통과로 발생한다.그 결과 X선 기계와 같은 일반적인 선원에서 방출되는 X선과 달리 레이저 빛처럼 (위상이) 일관성이 있는 X선 광자가 자발적으로 방출됩니다.유럽 XFEL의 최대 밝기는 기존 X선 광원보다 수십억 배 높으며, 평균 밝기는 10,000 [8]배 높습니다.전자 에너지가 높으면 파장이 [9]짧아집니다.광펄스의 지속 시간은 100펨토초 [8]미만일 수 있습니다.

인스트루먼트

XFEL 내부에는 전 세계 과학자들이 수행한 6가지 실험이 있습니다.이 모든 실험들은 엑스레이를 사용한다.

펨토초 X선 실험(FXE)

단립자, 클러스터, 생체분자 및 시리얼 펨토초 결정학(SPB/SFX)

분광 및 간섭 산란(SCS)

소형 양자 시스템(SQS)

SQS 기기는 연성 X선 파장 방사선의 빛-물질 상호 작용의 기본 프로세스를 조사하기 위해 개발되었습니다.전형적인 조사 대상은 고립된 원자에서 큰 생물 분자에 이르는 범위이며, 전형적인 방법은 다양한 스펙트럼 분석 [10]기법이다.SQS 계측기는 세 가지 실험 스테이션을 제공합니다.

  • 원자 및 소분자를 위한 원자양자계(AQS)
  • 클러스터 및 나노 입자용 나노 크기 양자 시스템(NQS)
  • 반응현미경(SQS-REMI)은 대상과 FEL 펄스의 상호작용으로 생성된 모든 생성물을 분석함으로써 이온화 및 단편화 프로세스의 완전한 특성화를 가능하게 합니다.

광자 에너지 범위는 260 eV - 3000 ev(4.8 nm - 0.4 nm)이다.50fs 미만의 초단 FEL 펄스와 동기화된 광학 레이저를 조합하여 전례 없는 분해능으로 초고속 핵역학을 포착할 수 있습니다.

고에너지 밀도 물질(HED)

재료 이미징 및 동적(MID)

MID 계측기의 범위는 유럽 XFEL의 X선 레이저 빔의 전례 없는 일관된 특성을 사용한 재료 과학 실험입니다.예를 들어 유리 형성과 자성을 연구하는 응집 물질 물리학에서 콜로이드, 세포 및 바이러스와 같은 부드럽고 생물학적인 물질에 이르기까지 과학적 응용 분야가 다양합니다.

이미징은 고전적인 위상 대비 X선 이미징에서 일관된 X선 회절 이미징(CXDI)에 이르기까지 광범위한 기술과 과학 분야를 망라하고 있습니다.또한 나노구조물 내부의 변형 이미징에서 세포 전체의 생체 이미징까지 응용할 수 있습니다.대부분의 경우 목적은 조사된 구조의 3D 표현을 얻는 것입니다.위상검색방법에 의해 측정된 상호공간에서의 회절패턴에서 산란물체의 실제공간 가시화로 넘어갈 수 있다.

Dynamics 복합 나노스케일 역학(Dynamics Complex nanoscale dynamics)은 응축 물질 과학의 최전선에서 기본적으로 관심 있는 유비쿼터스 현상으로, 액체 및 잔의 점탄성 흐름 또는 소산부터 폴리머 역학, 단백질 폴딩, 결정상 전이, 초고속 스핀 전이, 도메인 월 역학까지 다양한 과정을 포함합니다.cs, 자기 도메인 스위칭 등.매우 밝고 매우 일관된 X선 빔은 XPCS와 같은 기술을 사용하여 펨토초에서 초까지의 시간 척도로 무질서한 시스템의 역학을 연구할 수 있는 보이지 않는 가능성을 열 것입니다.

통제

이 시설에서의 실험은 [11]카라보라는 이름의 자체 개발 제어 시스템을 통해 제어된다.C++와 python으로 작성된 분산형 SCADA 시스템입니다.

조사.

짧은 레이저 펄스를 통해 다른 방법으로는 포착할 수 없는 화학 반응을 측정할 수 있습니다.X선 레이저의 파장은 0.05nm에서 4.7nm까지 다양하여 원자 길이 [8]척도로 측정할 수 있습니다.

처음에는 두 개의 실험 스테이션이 있는 하나의 광자 빔 라인을 [8]사용할 수 있다.나중에 이것은 5개의 광자 빔 라인과 총 10개의 실험 [12]스테이션으로 업그레이드될 것이다.

실험 빔라인은 새로운 소스의 높은 강도, 일관성 및 시간 구조를 사용하는 독특한 과학 실험을 물리학, 화학, 재료 과학, 생물학 및 나노 [13]기술에 이르는 다양한 분야에서 수행할 수 있게 합니다.

역사

2015년 공사 중 가속기 모듈

독일 연방교육연구부는 2007년 6월 5일 유럽 [14]프로젝트로서 자금을 조달해야 한다는 조항 하에 8억 5천만 유로의 비용으로 시설 건설을 허가했다.이 시설을 건설하고 운영하는 유럽 XFEL GmbH는 [15]2009년에 설립되었습니다.이 시설의 토목 건설은 2009년 1월 8일에 시작되었다.2012년 여름 [16]터널 공사가 완료되어 이듬해 [17]모든 지하 공사가 완료되었다.2017년 4월 첫 빔이 가속되었고,[2][3] 2017년 5월 첫 X선 빔이 생산되었으며,[4] 2017년 9월 XFEL이 출범하였다.시설의 건설 및 시운전 비용은 2017년 기준으로 12억 2천만 유로(2005년 [8]가격 수준)로 추산된다.

레퍼런스

  1. ^ "HRB 111165: The European XFEL GmbH has been founded!". 13 October 2009. Retrieved 17 July 2018.
  2. ^ a b "World's biggest ever X-ray laser shines its first light". 4 May 2017. Retrieved 4 May 2017.
  3. ^ a b "Größter Röntgenlaser der Welt erzeugt erstes Laserlicht" (in German). 4 May 2017. Retrieved 4 May 2017.
  4. ^ a b "International X-ray laser European XFEL inaugurated". 1 September 2017. Retrieved 2 September 2017.
  5. ^ "European XFEL – Organization – Company – Shareholders". www.xfel.eu. Retrieved 6 December 2018.
  6. ^ Massimo Altarelli, ed. (2014). Annual Report of 2014 (PDF). European X-ray Free-Electron Laser Facility Gmbh. p. 10.
  7. ^ "DESY's European XFEL project group". Retrieved 20 December 2007.
  8. ^ a b c d e f g h "European XFEL facts & figures". Retrieved 2 September 2017.
  9. ^ a b "European XFEL in comparison". Archived from the original on 9 May 2017. Retrieved 4 May 2017.
  10. ^ "Scientific Instrument SQS". www.xfel.eu.
  11. ^ Hauf, Steffen; et al. (2019). "The Karabo distributed control system". Journal of Synchrotron Radiation. 26 (5): 1448–1461. doi:10.1107/S1600577519006696. PMID 31490132.
  12. ^ "How it works". Retrieved 4 September 2017.
  13. ^ "Science". Retrieved 4 September 2017.
  14. ^ "Launch of the European XFEL".
  15. ^ 유럽 XFEL 뉴스: "HRB 111165: 유럽 XFEL GmbH가 설립되었습니다!"
  16. ^ 유럽 XFEL 뉴스: "터널 공사 완료"
  17. ^ 유럽 XFEL 뉴스: "유럽 XFEL 지하 공사 완료"

외부 링크

Wikimedia Commons에는 유럽 XFEL 관련 미디어가 있습니다.