W Niemczech powstaje potężny laser; w jego budowie uczestniczą polscy naukowcy :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

W Świerku powstanie Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Badania rzucają światło na sposób działania naturalnych komórek zabijających

Nowy raport podkreśla nastawienie na współpracę w przyszłej polityce badań naukowych UE

Mniej szkodliwa ulga w bólu dzięki rozpracowywaniu przez naukowców działania paracetamolu

Zaproszenie do składania wniosków dotyczących działania "Noc Naukowców"

Polska udziałowcem spółki budującej największy laser świata

Na północy Niemiec trwa - z udziałem sporej grupy naukowców znad Wisły - jedna z największych inwestycji naukowo badawczych na świecie. Powstaje laser rentgenowski XFEL, dzięki któremu naukowcy w nowy sposób zaczną obserwować świat. ,,Jego pojawienie się będzie wielkim krokiem naprzód w badaniach nad materią - analogicznym do różnicy, jaka nastąpiła od skonstruowania aparatu fotograficznego do zbudowania kamery - uważa dyrektor projektu XFEL, Massimo Altarelli. - XFEL da nam dostęp do nowej wiedzy na temat atomowej budowy i procesów, jakie zachodzą w materii. Pozwoli odejść od statycznego obrazu, w którym widzimy, jak pewne cząstki lub procesy wyglądają w określonym momencie. Umożliwi śledzenie ruchu, przemieszczeń, zmian przestrzennego układu cząstek, tworzenie lub rozpadanie chemicznych wiązań".

Takie szczegóły można poznać dzięki laserowi na swobodnych elektronach (FEL - free elektron laser), operującemu wiązką promieniowania o długości fali odpowiadającej mniej więcej wielkości atomu. ,,Takie promieniowanie, padając np. na kryształ, potrafi pokazać jego atomową strukturę" - tłumaczy dyrektor naukowy Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) i wykładowca Uniwersytetu Warszawskiego, prof. Krzysztof Meissner.

Laser zapewni nie tylko ogromną rozdzielczość, ale też pozwoli podpatrywać atomowe procesy w ruchu. ,,To jak robienie szybkoklatkowych zdjęć, pozwalających obrazować przebieg procesu chemicznego, łączenie białek z enzymami, sposób działania lekarstw" - tłumaczy prof. Meissner.

Bardziej szczegółowa znajomość procesów, jakie zachodzą na poziomie atomów i cząstek, pozwoli eksperymentatorom skrócić czas i drogę, jaką dziś pokonują w poszukiwaniach nowych leków albo podczas projektowania materiałów o nowych właściwościach (np. o mniej ścieralnej powierzchni lub wytrzymałych na temperatury).

Ten wielki, kosztujący ok. 1,1 mld euro projekt, realizuje dwanaście europejskich krajów w ośrodku badawczym Desy pod Hamburgiem. Największy udział mają Niemcy (54 proc.) i Rosjanie (23 proc.), w projekt zaangażowane są też Włochy, Francja, Polska i inne kraje. Nasz dwuprocentowy wkład finansowy (21,6 mln euro) w przyszłości przełoży się na proporcję w czasie dostępu do urządzenia.

XFEL ruszy w roku 2015. Póki co, w Schenefeld pod Hamburgiem potężne wiertła drążą skałę pod 3,5 kilometrowy tunel. ,,Mamy już 80 procent tunelu, pozostaje wyposażyć go w rury, kable, włókna optyczne i wszystko, dzięki czemu akcelerator będzie pracował" - opowiada Altarelli. Jednocześnie w okolicy powstaje potężna infrastruktura, a w zaangażowanych ośrodkach naukowych konstruowane są kolejne elementy wyposażenia.

W pracach uczestniczą polskie ośrodki, m.in.: Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku, Politechnika Wrocławska i Instytut Fizyki Jądrowej (IFJ) PAN z Krakowa. ,,Polacy mają bardzo duży wkład w główną część, akceleratorową" - podkreśla koordynator budowy akceleratora XFEL, Winni Decking. Akcelerator to jedna z głównych części XFEL-a - tunel, w którym elektrony będą rozpędzane do prędkości bliskiej prędkości światła. Później zostaną poddane działaniu pola magnetycznego (z nadprzewodzących magnesów). W efekcie - w dużym uproszczeniu - zaświeci rentgenowski laser.

W Świerku powstają tzw. sprzęgacze i absorbery, które zapewnią stabilność wiązce elektronów, pędzących wzdłuż tunelu. ,,To skomplikowane urządzenia, praca z najnowszymi technologiami. Do tego stopnia, że wymagała zdobycia licencji na wywóz pewnych ceramik ze Stanów Zjednoczonych" - zaznacza prof. Meissner.

Z kolei krakowscy fizycy odpowiadają za testowanie najważniejszych elementów konstrukcyjnych lasera XFEL, m.in. za opracowanie procedur testujących i przygotowanie aparatury i oprogramowania do pomiarów. W ośrodku DESY pod Hamburgiem fizycy jądrowi z PAN przetestują kilkaset rezonatorów, jak również kriomoduły i magnesy nadprzewodzące. W najgorętszym momencie w prace te włączy się ponad 40 pracowników z krakowskiego instytutu.

Przy laserze XFEL wykorzystano też doświadczenie naukowców z Wrocławia, mających opinię ekspertów w dziedzinie uzyskiwania niskich temperatur. Ich zadanie to budowa dużej części tzw. linii kriogenicznej, która dostarczy ciekły hel do wszystkich stanowisk testowych (utrzymując go w temperaturze minus 271 st. C). Opracowują też kriostaty, urządzenia do testowania elementów lasera. ,,Cieszymy się, że mamy tu polskich naukowców. Wybrano ich w międzynarodowych, otwartych konkursach i w swoich dziedzinach okazali się najlepsi. Wykonują świetną robotę" - ocenia dyrektor Altarelli.

Poza prestiżem związanym z uczestnictwem w tak ważnym projekcie, Polacy zyskują doświadczenie, które w przyszłości będą mogli wykorzystać w rodzimych przedsięwzięciach. ,,Uczestnictwo w projekcie w tej skali jest dla nas wielką szansą. W przyszłości chcielibyśmy stworzyć w Polsce podobny projekt, choć w mniejszej skali. Teraz zbieramy doświadczenie, kontakty, wiedzę i know-how" - wylicza prof. Meissner.

Budowa XFEL-a ma się zakończyć za cztery lata, pierwsi użytkownicy pojawią się w laboratoriach rok później. Już dziś pewne pojęcie o pracy z wielkim laserem daje jego starszy, ale prostszy i używający niższych energii brat - FLASH, z ośrodka DESY koło Hamburga.

Stanowi on coś w rodzaju poligonu, na którym naukowcy testują rozwiązania dla XFEL-a. Jednocześnie pozwala prowadzić normalne badania. ,,Co roku mamy około czterystu użytkowników" - opowiada reprezentujący kierownictwo FLASHa dr Rolf Treusch. Jest wielu chętnych do korzystania z lasera, dopuszcza się zaledwie 20 proc. z nich. Przyjeżdżają z ciężarówkami pełnymi oprzyrządowania do mierzenia wyników eksperymentów fotonowych i zostają na dwa tygodnie. Z reguły badają przebieg reakcji chemicznych albo eksperymentują z domenami magnetycznymi, ale zdarza się też, że np. prześwietlają wirusy.

O skali przedsięwzięcia realizowanego pod Hamburgiem świadczy m.in. fakt, że na świecie istnieją tylko dwa podobne urządzenia - w Stanach Zjednoczonych i Japonii. Laser LCLS w ośrodku w Kalifornii ruszył dwa lata temu, a miarą jego sukcesu jest zainteresowanie potencjalnych użytkowników. ,,Ponieważ XFEL wykorzystuje magnesy nadprzewodzące, a jego akcelerator osiągnie bardzo wysoką energię, ma on większe możliwości niż tamte instalacje" - podkreśla Decking.

Dyrektor Altarelli zapewnia, że głównym celem budowy lasera jest prowadzenie badań naukowych. ,,Porusza mnie myśl o nauce, którą tu się będzie uprawiać; o możliwości postępu" - mówi i dodaje, że ,,cała nauka, nawet najbardziej podstawowa, ma wartość praktyczną, a każda nowo zdobywana wiedza jest użyteczna". Niewykluczone, że z lasera będzie chciał korzystać przemysł. ,,Byłaby to drugorzędna działalność, której absolutnie nie wykluczamy z naszego programu" - stwierdził Altarelli.

Stopień zaawansowania prac nad budową lasera przedstawiono grupie dziennikarzy z Polski 21 października. Inicjatorem spotkania w ośrodku Desy był NCBJ w Świerku.

Anna Ślązak z Hamburga

zan/ agt/ tot/

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

European XFEL (ang. European X-ray Free Electron Laser), czyli Europejski Rentgenowski Laser na Swobodnych Elektronach, jest budowany w synchrotronowym centrum badawczym DESY w Hamburgu. Jest to najbardziej zaawansowane przestrajalne laserowe źródło silnego promieniowania w zakresie rentgenowskim. Infrastruktura lasera rozpościera się od ośrodka w DESY aż do oddalonej o 3,5 km miejscowości Schenefeld, gdzie ulokowane będą laboratoria badawcze. Ten międzynarodowy projekt łączy naukowców i inżynierów z wielu krajów Europy i świata, w tym z Polski. pełny tekst

Pit (ang. wgłębienie) jest to wgłębienie w nośnikach optycznych, takich jak CD, DVD, HD DVD czy Blu-ray. Wiązka lasera jest albo rozpraszana (absorbowana) we wgłębieniu albo odbijana od powierzchni (land). Przy użyciu różnych algorytmów stopień odbicia lub rozproszenia wiązki lasera konwertowany jest na ciąg jedynek i zer. To wgłębienie jest od strony etykiety. Natomiast patrząc od strony lasera zobaczymy wypukłość. pełny tekst

Kolorowy Telewizor Laserowy (w skrócie, Laser TV), lub wyświetlacz wykonany w technologii laserowej, wykorzystuje dwa lub więcej indywidualnych modułowych optycznych wiązek promieni lasera. w celu wytworzenia kolorów wyświetlającego punkt obrazu, w efekcie uzyskując kolorowy obraz. pełny tekst

Land (ang. powierzchnia) powierzchnia odczytu w nośnikach optycznych, takich jak CD czy DVD. Wiązka lasera jest albo rozpraszana (absorbowana) we wgłębieniu (ang. pit) albo odbijana od powierzchni odblaskowej. Przy użyciu różnych algorytmów stopień odbicia lub rozproszenia wiązki lasera konwertowany jest na ciąg jedynek i zer. pełny tekst

Extreme Light Infrastructure - wspólna inicjatywa Unii Europejskiej budowy lasera dużej mocy, finasowana ze środków Komisji Europejskiej. Moc: 200 petawatów. W projekcie ma wziąć udział ponad 300 naukowców z 50 placówek badawczych z 13 krajów. Prace przygotowawcze w latach 2008-2011 pochłoną 6 mln euro. Planowane uruchomienie w roku 2013. pełny tekst

Kwantowy laser kaskadowy (ang. quantum cascade laser, QCL) rodzaj unipolarnego lasera półprzewodnikowego, emitującego promieniowanie w zakresie od średniej do dalekiej podczerwieni. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".