Wetenschap
Ontwerp van een kosteneffectieve röntgenvrije elektronenlaserfaciliteit
Veel vooruitgang in de structuurwetenschap sinds de jaren zeventig is geboekt door het onderzoeken van materialen met synchrotronstraling:dat wil zeggen hoogenergetische röntgenstraling die wordt gegenereerd door het versnellen van hoogenergetische elektronen. De nieuwste generatie van dergelijke bronnen, röntgenvrije elektronenlasers (XFEL), zijn veel krachtiger dan hun voorgangers, maar zijn vanwege hun hoge kosten alleen toegankelijk voor internationale consortia en een paar rijke landen.
Nu heeft een internationale groep experts een ontwerp voorbereid voor een compacter en kosteneffectiever XFEL-systeem dat toegankelijk is voor kleine landen en misschien ook voor enkele individuele laboratoria. Het ontwerp is gepubliceerd in The European Physical Journal Special Topics .
De eerste drie generaties van deze hoogenergetische röntgenbronnen zijn gegenereerd met behulp van synchrotronstralingsbronnen:deeltjesversnellers waarin elektronen rond een vast cirkelvormig pad reizen en worden gestimuleerd om fotonen van elektromagnetische straling uit te zenden – meestal, maar niet altijd, in de X-straling. -straalbereik – door krachtige magneten.
Vrije-elektronenlasertechnologie daarentegen houdt in dat elektronen versnellen langs een lineair pad tussen een reeks krachtige magneten die een undulator worden genoemd. Dit stimuleert de elektronen om zeer korte pulsen van röntgenstraling met uitzonderlijk hoge energie te produceren, veel intenser dan die gegenereerd door synchrotronbronnen.
Bij het ontwerponderzoek van CompactLight was een consortium van 31 instellingen betrokken, voornamelijk gevestigd in Europa, waaronder 23 academische of publieke laboratoria en vijf particuliere bedrijven.
Het consortium heeft de gemeenschap van potentiële academische en industriële gebruikers betrokken bij het ontwerpen van hun specificaties, zodat deze, voor zover mogelijk, geschikt zijn voor huidige en beoogde toekomstige toepassingen op het gebied van natuurkunde, scheikunde, materiaalkunde en structurele biologie.
Het gepubliceerde ontwerp is iets minder dan 500 meter lang, of ongeveer tweederde van de lengte van de SwissFEL nabij Zürich. Belangrijker nog is dat het gebouwd kan worden voor ongeveer 7,5 miljoen euro, een fractie van de kosten van de Zwitserse faciliteit. XFEL-bronnen die volgens deze specificatie zijn gebouwd, zouden deze innovatieve en belangrijke technologie binnen het bereik van duizenden wetenschappers wereldwijd moeten brengen.