2017年01月26日
China eroeffnet einzigartige freie Elektronenlaseranlage
China eroeffnet einzigartige freie Elektronenlaseranlage
China schließt sich dem Elite-Klub der Länder an, die Forscher mit den potenten Quellen von hochenergetischen Photonen ausgestattet haben, die als freie Elektronenlaser (FELs) bezeichnet werden. Die Dalian Coherent Light Source, deren Fertigstellung heute in Peking bekannt gegeben wurde, hat eine Wendung, die es einzigartig macht: Es ist die einzige große Laserlichtquelle in der Welt, die dem speziellen Spektrum des kurzwelligen Lichts, dem Vakuumultraviolett, gewidmet ist "Ein neues Werkzeug für die Detektion und Analyse von Molekülen, die chemischen Reaktionen ausgesetzt sind", sagt Alec Wodtke, Physiker an der Universität Göttingen in Deutschland.
Weltweit haben sich Wissenschaftler dazu entschlossen, in den letzten zehn Jahren FELs zu bauen, weil sie ein wesentlich helleres Licht in kürzeren Impulsen erzeugen als Synchrotrone, die Teilchenbeschleuniger, die die Arbeitstiere der Protein-Kristallographie und Zellbiologie und der Materialwissenschaften waren. In den Synchrotronen gehen die Elektronen um einen Speicherring herum, der einen Kilometer oder mehr im Umfang liegt. Wenn ihre Wege sich biegen, werfen die Elektronen Photonen, die zu Strahlen geformt werden, ab.
Im Gegensatz dazu zünden FEL-Elektronen von einem Linearbeschleuniger in einen Undulator, in dem Magneten mit wechselnder Polarität die Elektronen entlang eines sinusförmigen Weges schieben und ziehen. Als die Elektronen um jede Biegung, produzieren sie Photonen. Wechselwirkungen zwischen den Elektronen und den akkumulierenden Photonen, wenn sie durch den Undulator laufen, erzeugen kohärentes laserpointer shop (Science, 10. Mai 2002, S. 1008).
Die meisten der in Europa und den Vereinigten Staaten betriebenen FEL-Anwenderanlagen produzieren "harte" Röntgenlaserstrahlen mit Wellenlängen bis zu 0,1 Nanometer, ideal für die Untersuchung von kristallisierten Proteinen und anderen Festkörpern. Aber die Strahlen sind so mächtig "sie brechen Moleküle" in Gasen, sagt Yang Xueming, ein physikalischer Chemiker an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) Dalian Institut für Chemische Physik, die Gastgeber der neuen Maschine. Ein laservisier für pistole im Vakuum-Ultraviolett-Bereich - die Dalian-Anlage wird 50-150 Nanometer abdecken - "hat eine sanfte Berührung", sagt er und macht es zum "besten Weg, um Moleküle und Atome im Gas zu detektieren" FEL-Impulse, um zu untersuchen, was während der Brennstoffverbrennung geschieht, wie sich Biomoleküle in Gasen verhalten und wie Reaktionen an Festgas-Grenzflächen verlaufen. Einige Experimente könnten eine sehr praktische Auszahlung haben, sagt er: Ein besseres Verständnis davon, wie schädliche Aerosole - ein Bestandteil des Smogs, der Städte wie Peking und Neu-Delhi plagen - bilden und in der Atmosphäre abbauen.
Wodtke ist in der Schlange, um die Anlage zu nutzen. Er verhandelt eine Vereinbarung mit CAS, bei der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen, wo er auch einen Termin hat, an der Dalian-Lichtquelle arbeiten können. Die Projektträger waren "sehr clever", um die Lücke in den FEL-Fähigkeiten zu erkennen, sagt er. "Ich bin sehr begeistert."
Mehr chinesische FEL-Einrichtungen sind auf dem Weg. Wang Dong, ein Beschleunigerphysiker am Shanghai Institut für Angewandte Physik in China, der ein Partner des Dalian-Projekts war, sagt, dass das neue "weiche" Röntgen-FEL des Instituts sein erstes Licht in der vergangenen Woche produziert und erwartet, 2 Jahre. Jetzt plant das Shanghai-Institut Chinas eigenen harten Röntgen-FEL.