Många framsteg inom strukturvetenskapen sedan 1970-talet gjordes genom att sondera material med synkrotronstrålning:det vill säga högenergiröntgenstrålar som genereras genom accelererande högenergielektroner. Den senaste generationen av sådana källor, röntgenfria elektronlasrar (XFEL), är mycket kraftfullare än sina föregångare men är endast tillgängliga för internationella konsortier och ett fåtal rika länder på grund av deras höga kostnad.
Nu har en internationell expertgrupp förberett en design för ett mer kompakt och kostnadseffektivt XFEL-system som är tillgängligt för små länder och kanske några enskilda laboratorier. Designen publiceras i The European Physical Journal Special Topics .
De första tre generationerna av dessa högenergetiska röntgenkällor genererades med hjälp av synkrotronstrålningskällor:partikelacceleratorer där elektroner färdas runt en fast cirkulär bana och stimuleras att emittera fotoner av elektromagnetisk strålning - typiskt, men inte alltid, i X -strålningsområde—med kraftfulla magneter.
Fri elektronlaserteknologi, däremot, involverar elektroner som accelererar längs en linjär bana mellan en rad kraftfulla magneter som kallas en undulator. Detta stimulerar elektronerna att producera mycket korta pulser av exceptionellt högenergi-röntgenstrålar, mycket mer intensiva än de som genereras av synkrotronkällor.
CompactLight-designstudien involverade ett konsortium av 31 institutioner, de flesta baserade i Europa och inklusive 23 laboratorier i den akademiska eller offentliga sektorn och fem privata företag.
Konsortiet inkluderade gemenskapen av akademiska och industriella potentiella användare när de utformade sina specifikationer så att de, så långt som möjligt, är lämpliga för nuvarande och planerade framtida tillämpningar som spänner över fysik, kemi, materialvetenskap och strukturbiologi.
Den publicerade designen är knappt 500 meter lång, eller ungefär två tredjedelar av längden på SwissFEL nära Zürich. Ännu viktigare är att den kan byggas för cirka 7,5 miljoner euro, en bråkdel av kostnaden för den schweiziska anläggningen. XFEL-källor byggda enligt denna specifikation bör ge denna innovativa och viktiga teknologi inom räckhåll för tusentals fler forskare över hela världen.
Mer information: G. D'Auria et al, The CompactLight Design Study, The European Physical Journal Special Topics (2024). DOI:10.1140/epjs/s11734-023-01076-0
Tillhandahålls av SciencePOD
