欧洲将启用全球最大X射线激光器

研究人员将很快能够使用欧洲的x光*电子激光器来观察德国汉堡附近的分子活动。

资料来源:海纳·米勒-埃尔斯纳

根据我们的报纸，为移动分子制作电影的科学家有一台新的高速照相机。12.2亿欧元的欧洲X射线*电子激光器(XFEL)将于9月中旬在德国汉堡附近进行首次实验。科学家们认为，作为世界上最大的x光激光设备，该装置的成功研发开辟了一个全新的研究领域，有助于突破目前科学知识的限制。

欧洲的XFEL可以在数百飞秒内发射出强大的X射线——像手电筒一样，它们可以捕捉神经分子的快照，波长小到足以产生原子分辨率的图像。

位于汉堡的这台机器是世界上几个X射线激光设备之一，但它有一个独特的快速发射特性:它每秒能发射多达27，000个脉冲，其发射速度超过位于美国加利福尼亚州门洛帕克的SLAC国家加速器实验室的第二级X射线激光设备——价值4.2亿美元的线性连续延迟器光源(LCLS)——200倍，而其亮度比传统同步加速器光源高10亿倍。

“这是一个不同于地球上其他任何东西的人，感觉就像进入了一个未知的领域。”汉堡*电子激光科学中心的生物化学家阿尔温·皮尔森说。

汉堡附近舍恩菲尔德的欧洲XFEL实验站的项目科学家阿德里安·曼库索说，科学家们应该能够在一秒钟内收集到3000多张高质量的x光图像，而在其他设施中只有大约100张。威斯康辛大学密尔沃基分校的物理学家阿巴斯·乌尔马兹德说:“拥有大量数据很重要。欧洲的XFEL将用卡车装载这些数据。”

这台欧洲机器应该能够减轻美国和日本老XFEL的压力，因为科学家们渴望捕捉其样本的原子级图像。另一个XFEL于今年6月在韩国浦项市向用户开放，而瑞士维利根的一台机器将于2018年开始测试。

在汉堡的XFEL，一束电子首先在1.7公里长的隧道中加速。然后磁铁将电子的路径弯曲成一个摆动的轨道，使它们在曲线上发射出一束高能X射线。明亮的X射线脉冲如此强烈，以至于它们可以破坏被撞击的样品，但是在此之前，足够的散射光子已经能够揭示样品的原子结构。

在使用常规X射线源的结构测定实验中，分子必须被装载到晶体中，以散射足够的光子来推断它们的结构。然而，来自XFEL的X射线如此明亮，以至于研究人员可以从几纳米大小的晶体中，甚至从无定形的分子团中收集衍射图案。这意味着XFEL可以研究难以结晶的蛋白质。

研究人员可以通过在不同的时间点拍摄成千上万个不同系统的快照来创建酶、病毒或催化剂的图像。此前，研究人员是通过将溶液中的分子喷射到X射线束上来实现这一点的。

研究人员指出，x光激光不仅可以用来解开病毒和细胞原子结构之谜，还可以用来在纳米粒子中制作三维图像，记录化学反应，观察粒子内部的反应过程，有助于新药和新材料的研发。

欧洲的XFEL长3.4公里，共有11个国家参加，分别是丹麦、德国、法国、意大利、波兰、俄国、瑞典、瑞士、斯洛伐克、西班牙和匈牙利。英国目前正在申请加入该研究项目。

这种汉堡设备比它的竞争对手有更大的容量:不像其他XFEL，前者有三个独立的波动器，可以同时产生X射线束。但是欧洲的XFEL只会在有限的一段时间内占据主导地位:SLAC今年启动了一个10亿美元的项目来创造一个更亮的激光束——到20世纪20年代初，它将能够每秒发射100万个脉冲。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2017-09-05第二版国际版)