Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"

Всё об экологии ищите здесь:

   
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Информация / Info Новости / News-архив Возле Гамбурга строится трехкилометровый микроскоп с российским участием

Возле Гамбурга строится трехкилометровый микроскоп с российским участием

Возле Гамбурга строится трехкилометровый микроскоп с российским участием

В Германии в рамках проекта European XFEL строится самый крупный в мире рентгеновский лазер. Россия — второй после Германии (у которой 54%) участник проекта. Нашей стране, которую представляет «Роснано», принадлежит 23% объема финансирования и пропорциональная доля времени использования установки. Другие 12 стран-участников вносят от 1 до 3,5% стоимости проекта, которая приближается к 1,2 млрд евро.

За названием «рентгеновский лазер на свободных электронах» скрыт утилитарный смысл, который можно определить словами «рентгеновский микроскоп».

European XFEL представляет собой установку длиной более 3,4 км — столько необходимо, чтобы до нужной скорости разогнать электроны. Она включает в себя линейный ускоритель электронов, сам рентгеновский лазер и здания лабораторий.

Эволюция микроскопа

Более 300 лет с изобретения микроскопа для изучения микрообъектов использовали видимый свет, а в качестве детектора — глаз. Так, например, удалось открыть клеточное строение биологических организмов. В середине XIX века немецкий инженер Карл Цейс и профессор Эрнст Аббе показали, что разрешающая способность светового микроскопа не беспредельна.

Главное ограничение — длина волны используемого излучения. Для видимого света 380-740 нм, в то время как условный размер атома составляет десятые доли нанометра. Сегодня оптические микроскопы позволяют наблюдать детали в сотни нанометров, что близко к физическому пределу. Специальные технологии позволяют добиться разрешения в десятки нанометров, это даже за пределами дифракционных ограничений, но все равно мало для изучения всех нанообъектов.

Современный просвечивающий электронный микроскоп
Фото: Carl Zeiss
Когда в начале XX века предположения о волновых свойствах частиц подтвердились экспериментально, стало ясно, что в микроскопе свет можно заменить потоком электронов. Электрон может иметь длину волны в десять раз меньшую, чем диаметр атома. А пучком ускоренных электронов с помощью магнитного поля можно оперировать как светом — создавать «линзы» и другие «оптические» элементы.

Другая идея для изучения нанообъектов — использовать вместо оптического излучения рентгеновское. Фотоны рентгеновского спектра имеют энергию от 100 эВ (электронвольт) до 250 тыс. эВ, что соответствует излучению с длиной волны от 0,005 до 10 нанометров — это позволяет приблизиться к «рассмотрению» отдельных атомов и даже заглянуть к ним внутрь.

Но с рентгеновским излучением иметь дело непросто. Рентгеновские лучи плохо поддаются фокусировке обычными линзами и не отклоняются магнитным полем. Сегодня рентгеновские микроскопы, принципы которых похожи на работу оптических, используют излучение синхротронов и позволяют увидеть объекты размером в несколько нанометров.

Быстрое кино про очень маленьких

Первый электронный микроскоп был создан Максом Кноллем и нобелевским лауреатом Эрнстом Руской в 1931 году. Как и оптические, он состоял из двух линз, только магнитных. Луч проходил через тонкий образец, а детекторы фиксировали дифракционную картину. Прибор давал 16-кратное увеличение, худшее, чем у оптических систем, но положил начало качественно иной микроскопии. Разрешение современных электронных микроскопов меньше нанометра. …
Идея использования рентгеновского излучения эволюционировала в идею создания рентгеновских лазеров. Комплекс, который создают в Германии — это самый крупный в мире рентгеновский лазер. Порожденный им рентгеновский луч «просвечивает» изучаемый образец сверхкороткими вспышками, и за те мгновения, пока образец еще не разрушен излучением, ученые могут «поймать» дифракционную картину объекта, отражающую его во всех деталях.

Создание такой установки требует разрешения очень сложных противоречий. Длина волны излучения должна быть сопоставима с размером нанообъекта, и энергии этой волны должно хватить, чтобы принимающая аппаратура зафиксировала результат. Необходимо обеспечить малое время экспонирования, так как интенсивное излучение просто разрушит объект, если будет долгим. Наконец, необходимо добиться высокой пространственной когерентности излучения, чтобы избежать фазовых искажений. Для этого проектировщики XFEL вынуждены были использовать не круговой циклический ускоритель а линейный.

Он и есть главная часть лазера, длина ускорителя— 2,1 км. Его строительство ведется на глубине от 6 до 38 м. Объект готов на 80%. Модули ускорителя, всего их 101, будут охлаждаться жидким гелием практически до абсолютного нуля ради обеспечения сверхпроводимости в установке, ускоряющей электроны до релятивистских скоростей и энергии около 17,5 ГэВ (гигаэлектронвольт, 109 эВ). В будущем планируется увеличить энергию до 20 ГэВ. Чем больше энергия электронов, тем меньше длина волны излучения на выходе лазера, а значит, выше разрешение микроскопа.

Рентгеновское излучение возникает вследствие торможения разогнанных заряженных частиц. При торможении энергия электронов частично превращается в рентгеновские фотоны. В лазере XFEL после ускорительного блока электроны попадают в систему, где их энергия будет преобразована в рентгеновское излучение с помощью ондуляторов. Это сложная совокупность магнитов, которая заставляет электроны двигаться по искривленной траектории. Тут-то они и начинают излучать фотоны в рентгеновском диапазоне. Это позволяет получать около 27 тыс. рентгеновских «вспышек» в секунду. То есть система позволит «снимать фильмы» с участием объектов в единицы нанометров с частотой 27 тыс. кадров в секунду.

Перспективы использования знаний, полученных таким образом, грандиозны.


http://www.kommersant.ru/

энергиястроительствоРОСНАНОзданияприбортехнологии 

05.12.2011, 2344 просмотра.



Интервью

08.08.2021 19:59:53

Глава МЧС об ответственности арендаторов за пожары

Президент России Владимир Путин, глава МЧС Евгений Зиничев, полномочный представитель Президента в Уральском федеральном округе Владимир Якушев и губернатор Челябинской области Алексей Текслер совершил облёт на вертолёте районов Челябинской области, пройденных пожарами.

пожар, МЧС, Президент

18.07.2021 19:42:23

Наводнения - результат нагрева атмосферы

При резком охлаждении перегретой воздушной массы может выделиться гораздо больший объем воды, чем обычно. Не успевая впитываться, эти осадки создают наводнение

охлаждение, наводнение, объем

27.02.2021 16:41:54

Спусковой механизм изменения климата, 12-15 лет потребует становление системы переработки отходов в России, мазут на пляжах Израиля /Программа "Живая природа"

В эфире программы «Живая природа» обсуждаются актуальные вопросы глобального изменения климата и обращения с отходами — как в России, так и по всему миру.

изменение, климат, интервью

31.12.2020 20:53:11

Будущее энергетики России/ Энергетический переход

Энергетический переход к возобновляемой энергетике уже почти 10 лет — реальность для энергетик Европы, США и Китая, а также целого ряда стран во всем мире. Однако в России о нем почти не говорят, а мощность возобновляемых источников в энергетике составялет 1 ГВт, т.е менее 1%.. Что это означает для России в ближайшей (до 2030 г) и отдаленной (до 2050 г) преспективе? Взгляд на проблему в беседе экономиста Сергея Гуриева и Владимира Дребенцова, компания BP.

изменение климата, Энергетический переход

30.10.2020 14:04:02

О пользе масок/ Аэрозольное заражение - неожиданность для вирусологов

Интервью с немецким вирусологом Хендриком Штриком (Hendrik Streeck), возглавляющим Институт вирусологии и исследований ВИЧ Медицинской школы Боннского университета:

инфекции, COVID19, маски

14.10.2020 11:34:00

Фертилизация океана

Интервью о проведённом в июле 2012 г. крупномасштабном геоинженерном эксперименте. Частная компания — организатор эксперимента — сбросила в океан сто тысяч тонн железа с целью искусственного «удобрения» расположенного в 300 км от западного побережья Канады участка Тихого океана и форсированного размножения планктона в этом районе. В научной терминологии подобное искусственное воздействие известно как фертилизация ( «удобрение») океана или как метод климатической геоинженерии.

геоинженерия, удобрение океана

13.10.2020 16:35:50

Железо в аэрозоле и фосфаты в воде – причина природной катастрофы на Халактыринском пляже/ Пусковой механизм цветения Авачинского залива.

Согласно нашим выводам, причиной гибели морских обитателей стал не какой-то особый загрязнитель или токсин, а изменение концентрации кислорода, сопровождающееся критическим закислением донных слоев. Эта картина характерна для замора рыбы в результате сбрасывания органических веществ и пестицидов в воду рек или замкнутых водоемов, но в данном случае сброс был столь велик, что произошло закисление морской воды, что вместе с падением содержания кислорода привело к гибели обитателей морского дна.

аэрозоли, Железный песок

RSS
Архив "Интервью"
Подписка на RSS
Реклама: