НОВАЯ ГЛАВА В РАЗВИТИИ МИРОВОЙ НАУКИ
05.09.2017
Источник: Известия
Научный директор European XFEL Сергей Молодцов — о перспективах международного суперпроекта
В Гамбурге запущена в эксплуатацию уникальная установка — созданный при участии России европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European X-ray Free Electron Laser, или European XFEL). Это событие по праву можно назвать знаковым для мировой науки. Результаты экспериментов на европейском XFEL лягут в основу разработок, способных дать ответы на ряд глобальных вызовов XXI века, таких как борьба с социально значимыми заболеваниями, разработка экологически чистых источников энергии и инновационных материалов.
Европейский XFEL — самый мощный рентгеновский лазер в мире с беспрецедентными техническими параметрами. Он создает сверхкороткие и исключительно яркие импульсы рентгеновского излучения — 27 тыс. вспышек в секунду (мощнейшая из действующих установок, LCLS, расположенная в США, генерирует максимум 120). По пиковой яркости излучения европейский XFEL превосходит источники синхротронного излучения в миллиард раз. Эти «суперспособности» позволят ученым изучать структуру вещества в масштабах атомов и в реальном времени видеть химические, физические и биологические процессы, происходящие в наномире. Ультракороткие рентгеновские импульсы дают возможность получать множество моментальных фотографий молекул и создавать настоящие фильмы о химических реакциях, наблюдать их в динамике, словно в режиме замедленной съемки.
В проекте European XFEL участвуют 11 стран Европы. Стоимость проекта — около €1,22 млрд, из которых 58% вложила Германия, второе место по объему инвестиций занимает Россия (27%). Финансовый вклад каждой из остальных стран-участниц составляет от 1 до 3%. Стоит отметить, что среди штатных сотрудников XFEL российские ученые — на втором месте по количеству после немецких коллег. Проект основан в том числе на отечественных разработках, в его создании участвовало более десятка ведущих российских институтов. Главный ресурс установки — время работы с рентгеновским пучком — будет распределяться с учетом вклада каждой страны. Активное участие России в проекте дает нашим исследователям, в том числе молодым ученым, широкие возможности использования уникального оборудования для собственных изысканий.
Что начало работы XFEL означает для развития науки и для общества?
В области здравоохранения исследования, проводимые на XFEL, обещают совершить прорыв в профилактике и лечении многих тяжелых заболеваний, в том числе вирусных и возрастных. Для разработки способов терапии этих заболеваний нужно понимать причины и механизмы их развития на молекулярном уровне, а расшифровка атомной структуры биомолекул даст возможность создавать новые, более эффективные, лекарственные препараты. Например, можно будет в деталях исследовать, каким образом передаются вирусы ВИЧ или гриппа. Также можно увидеть до сих пор не до конца изученный процесс складывания белка из линейной цепочки молекул аминокислот в трехмерную структуру — нарушения в данном процессе провоцируют такие заболевания, как сахарный диабет, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона.
В области энергетики европейский XFEL поможет в разработке высокоэффективных источников энергии, безопасных для окружающей среды. Так, лазер позволит сделать снимки реакций, протекающих в растениях во время фотосинтеза. Это поможет ученым смоделировать данный процесс, оптимизировать его для производства искусственного биотоплива в промышленных масштабах из дешевых и широко распространенных источников, таких как солнечный свет, вода и углекислый газ.
В химической индустрии рентгеновские лазеры на свободных электронах позволят продвинуться в изучении реакций с участием катализаторов. Механизм действия данных веществ до сих пор не до конца изучен, между тем катализаторы незаменимы для множества процессов в нефтехимической и других индустриях, рынки которых оцениваются в десятки миллиардов евро. Более глубокое понимание каталитических реакций будет способствовать созданию более эффективных катализаторов, которые позволят усовершенствовать и удешевить ряд важных промышленных процессов.
В области информационных технологий европейский XFEL поможет детально изучать механизмы, влияющие на скорость записи данных на носители с помощью магнитных полей. Ускорение записи данных — один из ключевых факторов для развития IT-индустрии.
Работа российских ученых на европейском XFEL ведется под эгидой специально созданной Национальной научно-образовательной ассоциации «Исследовательские установки МЕГА-класса», в которую входят 17 ведущих вузов (в их числе – МФТИ, МИФИ, СПбГУ, Университет ИТМО, ДВФУ и другие), а координирует ее деятельность Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Сейчас научные институты готовят заявки на проведение первых экспериментов — для работы на установке на конкурсной основе выбираются только самые значимые и инновационные исследования.
Таким образом, запуск европейского XFEL открывает новую главу в развитии мировой науки и обещает помочь странам-участницам, в том числе России, выйти на позиции международных лидеров в развитии науки и технологий.
Автор — профессор Университета ИТМО, руководитель транснационального научно-образовательного UniFEL центра перспективных методов исследования материалов Университета ИТМО, профессор Технического университета Фрайберга, почетный профессор Технического университета Дрездена