W kwietniu 2009 r. Pierwszy na świecie twardy laser rentgenowski na swobodnych elektronach (XFEL) wyprodukował pierwsze światło w laboratorium SLAC National Accelerator Laboratory Departamentu Energii USA.Liniowe koherentne źródło światła (LCLS) wytwarza impulsy promieniowania rentgenowskiego, które są miliard razy jaśniejsze niż jakiekolwiek poprzednie źródło światła.Od tego czasu jego działanie przyniosło nowe spostrzeżenia z wielu dziedzin naukowych, od tworzenia chemicznych „filmów molekularnych” po badanie struktury i ruchu białek nowej generacji leków i symulację „diamentowego deszczu” na olbrzymich planetach naszego Układu Słonecznego. .”.
Laboratorium Narodowego Akceleratora SLAC uruchomiło projekt LCLS-II w 2013 r., Aby tysiące razy zwiększyć moc laserów rentgenowskich i wygenerować milion impulsów na sekundę.Obecnie można generować tylko 120 impulsów na sekundę.Modernizacja projektu ma zostać zakończona w ciągu dwóch lat.
Zasada działania twardego rentgenowskiego lasera na swobodnych elektronach jest podzielona na dwa etapy.Po pierwsze, przyspiesza potężną wiązkę elektronów do prawie prędkości światła.Wiązka jest następnie przepuszczana przez serię precyzyjnie dostrojonych magnesów w urządzeniu zwanym falownikiem, które przekształca energię elektronów w intensywne impulsy promieniowania rentgenowskiego.
Impulsy te mają długość zaledwie jednej milionowej sekundy, dzięki czemu mogą uchwycić narodziny wiązań chemicznych i tworzyć obrazy o rozdzielczości atomowej.W ramach projektu LCLS-II planowane jest zainstalowanie w laboratorium nowego akceleratora, który może wykorzystywać technologię kriogenicznego nadprzewodnictwa, aby osiągnąć bezprecedensową częstotliwość powtarzania, oraz zainstalować nowy falownik, który może precyzyjnie kontrolować wiązkę promieniowania rentgenowskiego.
W ciągu ostatniego półtora roku oryginalny pulsator LCLS w laboratorium został zastąpiony dwoma zupełnie nowymi systemami z zupełnie nowymi funkcjami.Każde urządzenie falowe zawiera tysiące magnesów, które rozciągają się na ponad 100 metrów;pole magnetyczne, które razem wytwarzają, jest dziesiątki tysięcy razy silniejsze od pola magnetycznego Ziemi, a wytworzona siła odpowiada kilku tonom ciężaru.Jednocześnie struktura magnesu nie będzie się skręcać o więcej niż jedną setną szerokości aludzki włos.
Urządzenie nowej fali zostało zaprojektowane przez Argonne National Laboratory w Stanach Zjednoczonych i zbudowane przez Lawrence Berkeley National Laboratory i zainstalowane w SLAC National Accelerator Laboratory w zeszłym roku.Naukowcy z SLAC Accelerator Laboratory są w stanie prowadzić wiązki elektronów z istniejących akceleratorów LCLS przez układ magnesów w nowym undulatorze „twardego promieniowania rentgenowskiego”.W ciągu zaledwie kilku godzin wygenerowali pierwszy sygnał rentgenowski, a następnie precyzyjnie dostosowali konfigurację, aby zmaksymalizować wydajność lasera rentgenowskiego.
Henrik von der Lippe, dyrektor ds. Inżynierii w Berkeley Laboratories, powiedział: „Generacja pierwszego światła to długo oczekiwany kamień milowy. Ta placówka naukowa umożliwi nowe badania naukowe”.