CC BY
25
Д НОВОСТИ НАУКИ
16
От субмиллиметрового -к рентгеновскому
Как известно, в ТОП-список журнала «Science» вошли две работы, выполненные на установках mega-science: открытие бозона Хиггса на коллай-дере LHC и исследование в области структурной биологии, проведенное с помощью первого в мире рентгеновского лазера на свободных электронах (LCLS). На создание таких мега-установок, от идеи до первых результатов, потребовалось несколько десятков лет и миллиардные финансовые вложения (на создание коллайдера LHC - около 10 млрд долл., LCLS - около 1 млрд долл., без учета стоимости готового линейного ускорителя SLAC).
Приятно отметить, что сама идея такого лазера родилась в Институте ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера: именно здесь более 30 лет назад А.М. Кондратенко и Е.Л. Салдин предложили метод генерации лазерного рентгеновского излучения.
Экспериментальное подтверждение возможности безрезонаторного рентгеновского ЛСЭ было сделано в начале двухтысячных годов в США (с участием Н.А. Винокурова и бывших сотрудников ИЯФ Э. М. Трахтен-берга, И.Б. Вассермана) и в Германии (Е. Салдин, М. Юрков). В создании и запуске LCLS в 2009 г. приняли участие сотрудники пяти государственных лабораторий США, среди которых было более десяти бывших сотрудников ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН.
Здесь будет уместно упомянуть, что вопрос об использовании в лазерной технике миллиметровых и субмиллиметровых областей спектра электромагнитных волн, не говоря уже о рентгеновской, долгое время оставался открытым. Хотя задолго до изобретения лазеров исследованием перспективного субмиллиметрового диапазона занимались российские ученые, нобелевские лауреаты А. М. Прохоров и В. Л. Гинзбург. В результате еще в конце 1940-х гг. был изобретен ондулятор - устройство, заставляющее электронный пучок «колебаться» определенным образом. Именно ондулятор и стал впоследствии главной частью всех лазеров на свободных электронах (ЛСЭ).
В отличие от обычного лазера, в ЛСЭ источником электромагнитного излучения служит движущийся в ондуляторе пучок электронов, параметры которого можно менять и таким образом «корректировать» длину волны излучения в широких пределах. Еще одно отличие лазера на свободных электронах - его огромные, по сравнению с обычными лазерами, размеры и, соответственно, уже упомянутая выше высокая стоимость.
В ИЯФ СО РАН еще в 1990-х г. под руководством д. ф.-м. н. Н. Винокурова было начато, а в 2000-ых г. успешно закончено строительство ЛСЭ - источника излучения в субмиллиметровом (от 5 до 200 мкм) диапазоне. Этот участок спектра был выбран в то время в основном из экономических соображений: в отличие от рентгеновского ЛСЭ, он обошелся «только» в 30 млн долл. К тому же этот самый мощный в мире терагерцовый ЛСЭ был создан практически без государственной поддержки, на средства, заработанные самим институтом.
Рентгеновский лазер на свободных электронах, как и Большой адронный коллайдер, безусловно, станет в ближайшее десятилетие мощной «фабрикой» многих прекрасных работ и Нобелевских премий. В настоящее вре-
КУЛИПАНОВ Геннадий Николаевич -академик РАН, заместитель директора Института ядерной физики СО РАН, один из организаторов и директор Сибирского центра синхротронного излучения
мя Россия является второй после Германии страной (среди 14-ти участников) по объему инвестиций в строительство рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL длиной 3,4 км в крупнейшем синхротронном центре DESY (Гамбург, Германия). Однако если наша страна планирует выйти на передовой уровень в инновационных исследованиях в области физики, химии, материаловедения, биомедицине и других научно-прикладных дисциплин, абсолютно необходимо уже на государственном уровне планировать создание отечественного источника рентгеновского синхротронного излучения четвертого поколения на базе накопителя электронов нового поколения, либо ускорителя - рекуператора.
© Г. Н. Кулипанов, 2013
