Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) SLAC National Accelerator Laboratóriuma elsütötte a továbbfejlesztett Linac Coherent Light Source (LCLS) röntgensugaras szabadelektron-lézert (XFEL). A továbbfejlesztett, LCLS-II névre keresztelt verziót 1,1 milliárd dollárból készítették el.

A stanfordi SLAC National Accelerator Laboratory már több mint hat évtizede épített és üzemeltet hatékony eszközöket a tudomány előmozdítására – az eredeti LCLS volt a világ első XFEL-je, amely 2009 áprilisában kezdte meg a működését.

A mostani fejlesztés 8000-szer gyorsabbá tette az LCLS-II-t, amely így másodpercenként csaknem egymillió röntgensugarat képes produkálni, vagyis lényegesen erősebb, mint elődje, amely esetén ez a szám mindössze 120 volt. Az eszközről a fejlesztési időszakban korábban mi is részletesen írtunk:

Femtoszekundumos impulzusokkal működik a világ eddigi legfényesebb lézere Az első keményröntgen szabadelektron lézerrel molekuláris szintű eseményekről készíthetnek filmeket a kutatók.

Az LCLS-II továbbfejlesztett képességeinek kulcsa a szupravezető gyorsítóban rejlik. Az eszköz 37 modullal rendelkezik, amelyek a héliumot rendkívül hideg hőmérsékletre tudják lehűteni, valamivel az abszolút nulla fölé, lehetővé téve az elektronok számára, hogy minimális energiaveszteséggel magas energiájú állapotokat érjenek el. Fontos, hogy az eredeti rézcsöves gyorsító még mindig a helyén van, amely széles energiatartományban teszi lehetővé az adatgyűjtést, és a hatékonyabb kísérleteket.

Ezenkívül két új undulátor, úgynevezett "soft" és "hard" került az LCLS-II-be, amelyek lehetővé teszik mind az alacsony, mind a nagy energiájú röntgensugárzás előállítását. Ez a fejlesztés nagyobb pontosságot biztosít a kutatóknak a kísérletek során, és egyben a korábbinál mélyebben lehet bepillantani az anyagszerekezetekbe is.

Az LCLS-II alkalmazási lehetőségei egészen elképesztőek: az eredeti LCLS kulcsfontosságú volt az első "molekuláris film" megalkotásában, vagyis a növényekben és algákban zajló fotoszintézissel kapcsolatos, valós időben zajló komplex kémiai folyamatok megfigyelésénél. Az LCLS-II megnövelt teljesítményével azonban még ennél ambiciózusabb kihívásokkal is megbirkózik. A kutatók immár részletesebben tanulmányozhatják a kvantumanyagokat, amivel utat nyitnak a hatékonyabb kvantumeszközök, számítógépek és a gyors adatfeldolgozás előtt.

Ráadásul az LCLS-II képes atomi léptékű pillanatfelvételeket rögzíteni a kémiai reakciókról, ami hatékonyabb folyamatok kifejlesztéséhez vezet majd az olyan iparágakban, mint a vegyipar és az energiatermelés, miközben hozzájárul az üvegházhatást okozó gázok csökkentéséhez is.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának a hasonló felhasználói létesítményei egyébként ingyen kínálják a szolgáltatásaikat, de értelemszerűen a legjelentősebb és legnagyobb hatással bíró projekteket részesítik előnyben. Egyesek szerint az LCLS-II jelentősége egy tudományos forradalommal ér fel, amely – mint a fentiekből talán kihámozható – nem csak a tudományos életre, de több ipari területre is hatással lesz.

(Kép: az LCLS-II művészi ábrázolása, Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma)