SwissFEL

SwissFEL es el láser de electrones libres de rayos X del Instituto Paul Scherrer (PSI), que fue inaugurado en diciembre de 2016. ^{[ 1 ]}

El diseño de SwissFEL está optimizado para generar pulsos de rayos X en el rango de longitud de onda de 1 Å a 70 Å. Con una longitud total de poco menos de 740 metros, la configuración del sistema es relativamente compacta. La construcción de SwissFEL comenzó en la primavera de 2013. ^{[ 2 ]} Tras la finalización del edificio, la instalación de los componentes técnicos comenzó a principios de 2015. ^{[ 3 ]} Los primeros experimentos piloto se llevaron a cabo en 2017. ^{[ 4 ] [ 5 ]} En 2018, se puso en funcionamiento la primera línea de haz , llamada ARAMIS. La segunda línea de haz, ATHOS, se puso en funcionamiento en junio de 2020. ^{[ 6 ]}

SwissFEL cuenta con dos líneas de haz: la línea de rayos X duros ARAMIS (λ=0,1-0,7 nm) con las estaciones terminales Alvra, Bernina y Crystallina, y la línea de rayos X blandos ATHOS (λ=0,65-5,0 nm) con las estaciones terminales Maloja y Furka. ^{[ 7 ]} ARAMIS proporciona luz de rayos X de onda corta de muy alta energía, que se puede utilizar para observar el comportamiento de los átomos durante un proceso rápido. ATHOS proporciona luz de rayos X más blanda con menor energía, lo que permite observar átomos y moléculas mientras forman un nuevo enlace químico . El coste total de construcción es de aproximadamente 275 millones de francos suizos. ^{[ 8 ]}

SwissFEL se construyó en el bosque de Würenlinger, cerca del campus del PSI. Allí, las fluctuaciones de temperatura y las vibraciones son particularmente pequeñas, lo que simplifica las operaciones: la temperatura en el canal del haz no puede desviarse más de 0,1 grados de los 24 grados Celsius ideales, ya que, de lo contrario, la más mínima expansión del material podría distorsionar los resultados de las mediciones o frustrar por completo los experimentos. ^{[ 9 ]} Esta es también la razón por la que gran parte del largo edificio se cubrió con tierra y grava. Al hacerlo, se creó, a su vez, un llamado biotopo de pastizal alcalino que sirve de hábitat natural para muchas plantas y animales en peligro de extinción. ^{[ 10 ]}

SwissFEL consta esencialmente de cuatro componentes: una fuente de electrones, un acelerador lineal, un conjunto de onduladores y estaciones de medición. Los electrones se liberan de un disco de cobre mediante un láser pulsado. La nube de electrones liberados se acelera y se mantiene unida mediante un campo eléctrico. Se guían hacia el acelerador lineal, que los acelera aún más con corriente alterna de alta frecuencia. Los electrones atraviesan el ondulador, un conjunto de imanes dipolares dispuestos de forma alterna, lo que los obliga a seguir una trayectoria en zigzag. Con cada cambio de dirección, los electrones emiten rayos X, lo que produce un haz de rayos X con propiedades similares a las de un láser, que puede utilizarse para experimentos en las estaciones de medición. ^{[ 11 ]}

El haz de rayos X alcanza una potencia de hasta 10 gigavatios y se pulsa a una velocidad extremadamente alta: hasta 100 destellos por segundo, ^{[ 9 ]} cada uno con una duración de tan solo 1 a 60 femtosegundos. Los pulsos son tan brillantes que pueden utilizarse para producir películas del movimiento de átomos y moléculas. ^{[ 10 ]} En todo el mundo solo existen otras cuatro instalaciones láser de rayos X de escala comparable. ^{[ 12 ]}

Los láseres de rayos X, como el SwissFEL, pueden utilizarse, por ejemplo, para estudiar nuevos materiales para la electrónica con el fin de avanzar en la miniaturización en este campo. El curso de las reacciones catalíticas puede seguirse a nivel atómico para optimizarlas y, de este modo, mejorar la eficiencia de los recursos en la tecnología medioambiental o la industria química. Los científicos biomédicos pueden observar en detalle la estructura de proteínas vitales y sus reacciones a sustancias, con el fin de desarrollar nuevos fármacos. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

• Sitio web de SwissFEL
• Consorcio de Láseres de Electrones Libres nacionales en Europa (EuroFEL) , financiado por la Comisión Europea en el marco del FP7.
• Publicaciones científicas de SwissFEL