HEPS: Китай завершает строительство мощнейшего в истории страны синхротрона

В конце 2024 года Китай введет в эксплуатацию передовой Источник фотонов высокой энергии (HEPS). Этот гигантский проект, получивший беспрецедентное финансирование в 4,8 миллиарда юаней (665 миллионов долларов), выведет страну в элитный клуб обладателей синхротронов четвертого поколения.

Огромное кольцевое сооружение HEPS диаметром в несколько сотен метров возведено в районе Хуайроу под Пекином. Сейчас здесь полным ходом идут пусконаладочные работы — сотни ученых и инженеров тщательно калибруют тысячи компонентов установки.

Все усилия направлены на то, чтобы добиться создания мощнейшего источника рентгеновского излучения. Он позволит в реальном времени изучать молекулярное и атомное строение различных объектов с беспрецедентной точностью.

Ключевой элемент HEPS — вакуумная камера, необходимая для сохранения яркости и стабильности светового потока. Ее монтаж должен завершиться к концу июня, после чего наступит новый этап в подготовке установки к запуску.

По мощности HEPS более чем в 10 000 раз превзойдет существующие в Китае синхротроны третьего поколения, такие как Шанхайский источник синхротронного излучения. Временное разрешение новой системы составит наносекунды вместо привычных для старых установок миллисекунд.

Как отмечает Е Тао из Института физики высоких энергий Академии наук Китая, это откроет принципиально новые возможности для исследователей. Высокоточные измерения на атомарном уровне станут рутинной практикой в самых разных областях.

После ввода в строй в 2025 году HEPS предоставит ученым 14 экспериментальных станций для изысканий в энергетике, физике конденсированных сред, материаловедении, биомедицине и других направлениях. В будущем их число планируется нарастить до 90.

Одной из ключевых особенностей HEPS станет возможность детального изучения структуры белков без необходимости предварительной кристаллизации молекул. Мощные рентгеновские лучи позволят напрямую просвечивать и анализировать даже мельчайшие белковые кристаллы.

До появления HEPS для определения структуры сложных белковых молекул требовалась их тщательная очистка и выращивание кристаллов, поддающихся рентгеновскому анализу. Это был трудоемкий и длительный процесс — на подготовку образцов и само исследование могли уходить дни и недели.

По словам экспертов, сверхмощный источник синхротронного излучения станет подлинным прорывом для большинства научных дисциплин.

Источник синхротронного излучения - это мощная установка, генерирующая электромагнитное излучение. Она является частью ускорителя элементарных частиц, называемого синхротроном, где эти частицы движутся по кругу. Излучение, используемое в научных и технических целях, создается за счет разгона электронов в синхротроне.

Затем ускоренные электроны проходят через магниты и специальные устройства, называемые ондуляторами или виглерами, которые создают мощные магнитные поля. Эти поля преобразуют кинетическую энергию электронов в электромагнитное излучение, такое как рентгеновские лучи. Проще говоря, источники синхротронного излучения используют магниты для удержания частиц на круговой орбите, а электрические поля - для их ускорения.