硬X線自由電子レーザーについて

2009年4月、世界初の硬X線自由電子レーザー（XFEL）が、米国エネルギー省のSLAC国立加速器研究所で最初の光を生成しました。 リニアックコヒーレント光源（LCLS）は、以前のどの光源よりも10億倍明るいX線パルスを生成します。 それ以来、その性能は、化学「分子膜」の作成から新世代の薬物のタンパク質の構造と動きの研究、太陽系の巨大惑星での「ダイヤモンド雨」の複製まで、多くの科学分野に新しい洞察をもたらしました。

SLAC国立加速器研究所は、2013年にLCLS-IIプロジェクトを立ち上げ、X線レーザーのパワーを数千倍に高め、1秒あたり100万パルスを生成しました。 現在、1秒あたり120パルスしか生成できません。 プロジェクトのアップグレードは2年以内に完了する予定です。

硬X線自由電子レーザーの動作原理は2つのステップに分かれています。 まず、強力な電子ビームをほぼ光速まで加速させます。 次に、電子エネルギーをX線の強力なパルスに変換するアンジュレーターと呼ばれるデバイス内の一連の正確に調整された磁石に光線を通過させます。 これらのパルスは、100分の1秒の長さしかないため、化学結合の誕生を捉えて、原子分解能で画像を生成できます。 LCLS-IIプロジェクトは、極低温超伝導技術を使用してこれまでにない繰り返し率を達成できる実験室用の新しい加速器を設置し、X線ビームを正確に制御できる波動機を設置することを計画しています。

過去1年半に、実験室の元のLCLSパルセーターは、まったく新しい機能を備えた2つのまったく新しいシステムに置き換えられました。 各ウェーブデバイスには、100メートルを超える数千の磁石が含まれています。それらが一緒に生成する磁場は、地球の磁場よりも数万倍も強く、発生する力は数トンの重量に相当します。同時に、磁石の構造は、人間の髪の毛よりも歪むことはありません。 幅の100分の1。

新しいウェーブデバイスは、米国のアルゴンヌ国立研究所によって設計され、ローレンスバークレー国立研究所によって構築され、昨年SLAC国立加速器研究所に設置されました。 SLAC加速器研究所の科学者は、既存のLCLS加速器の電子ビームを、新しい「硬X線」アンジュレーターの磁石アレイを通過させることができます。 わずか数時間で、最初のX線信号を生成し、X線レーザーのパフォーマンスを最大化するように構成を正確に調整しました。

バークレー研究所のエンジニアリングディレクターであるヘンリックフォンデルリップは、次のように述べています。「最初の光の生成は、待望のマイルストーンです。この科学施設は、新しい科学研究を可能にします。」