LCLS-II je připravený k práci. Kredit: SLAC National Accelerator Laboratory.

Linac Coherent Light Source (LCLS) je nejvýkonnější rentgenový laser na světě. Pracuje v amerických laboratořích SLAC National Accelerator Laboratory, které provozuje Stanford University v kalifornském Menlo Parku. LCLS je laser s volnými elektrony a prošel již několika upgrady.

V nedávné době prošel dalším masivním vylepšením a je připravený chrlit extrémní rentgenové paprsky pod označením LCLS-II. Jak pěkně uvádějí komentátoři, tenhle vylepšený laser s prostředím, které je mrazivější než vesmír, urychluje elektrony na rychlosti blízké rychlosti světla a dokáže vystřelit milion tvrdých rentgenových pulsů za sekundu.

Přesto není LCLS-II součástí planetární či jiné obrany. Jde o skvělé zařízení k získávání snímků mikroskopických objektů ve vysokém rozlišení, které mohou být pořizovány extrémně rychle za sebou. Předchůdce vylepšené verze, tedy laser LCLS, byl používán k zobrazování virů, navozování podmínek v centru hvězdy, žhavení vody do podoby plazmatu o teplotě vyšší než v jádru Země, vytvoření nejhlasitějšího možného zvuku nebo k výrobě „diamantového deště“, jaký zřejmě prší na plynných obrech typu Neptun.

Animace: Kryomoduly laseru LCLS-II. Kredit: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory.

Vylepšený laserový systém LCLS-II zvládne ještě mnohem víc. Jeho rentgenové pulzy jsou v průměru 10 000krát energetičtější než u jeho předchůdce. Ohromné je zvýšení frekvence pulzů na 1 milion za sekundu, oproti původním „pouhým“ 120 pulzům za sekundu. Jak k tomu poznamenal šéf experimentu LCLS Mike Dunne, LCLS-II udělá za pár hodin víc extrémních rentgenových pulzů než jeho předchůdce za celou dobu svého provozu. Data, která bylo nutné získávat měsíce, budou k dispozici za pár minut. Rentgenovou vědu to posune na novou úroveň.

Laser LCLS-II pracuje v zásadě stejně, jako předešlé systémy. Vytváří volné elektrony, které jsou urychleny v lineárním urychlovači a poté vstupují do „undulátorů“, kde vyzařují rentgenové paprsky. V případě LCLS-II ale byl každý z kroků tohoto procesu vylepšen. Největší upgrade prodělal lineární urychlovač. LCLS-II nově používá soustavu 37 kryomodulů, které chladí zařízení na mínus 271 °C, jen nepatrně nad absolutní nulu. Chlazení má na starost kapalné helium, které připravují dvě velké výrobní jednotky.

Logo. Kredit: SLAC National Accelerator Laboratory.

Při těchto teplotách se stávají komponenty laseru, které jsou vyrobené z niobu, supravodivými. Elektrony pak jimi prolétají s nulovým odporem. Pomocí mikrovln dochází k urychlování těchto elektronů, které po průchodu všemi 37 kryomoduly letí rychlostí blízkou rychlosti světla. Vylepšené undulátory se silnými magnety pak díky urychleným elektronům generují různé typy rentgenových paprsků, které lze využít k různým účelům. Tvrdé rentgenové záření odhalí jednotlivé atomy, zatímco měkké rentgenové záření může zobrazovat toky energie mezi atomy a molekulami.

Kryomoduly již byly v dubnu (2022) zchlazeny na provozní extrémně nízkou teplotu. Podle operátorů je LCLS-II připraven na první testy. Na sílu tohoto laseru se již těší chemici, biologové nebo kvantoví mechanici.

Video: Inside a two-mile long particle accelerator

Literatura

New Atlas 10. 5. 2022.