Самый большой и мощный в мире рентгеновский лазер European X-ray Free Electron Laser (XFEL), который находится в Гамбурге, Германия, и длина которого составляет 3.4 километра, начал вырабатывать свои первые импульсы. В данное время длина волны излучения лазера составляет 0.8 нм, а частота следования импульсов — один раз в секунду. Первые запуски лазера XFEL производятся в рамках программы подготовки к его официальному запуску, который намечен на сентябрь этого года. И на своей полной мощности лазер XFEL сможет работать с частотой 27 тысяч импульсов в секунду, для сравнения, частота работы самого быстрого из существующих рентгеновских лазеров составляет всего 120 импульсов в секунду.

Лазер на свободных электронов основывается на принципе синхротрона, одного из видов ускорителей частиц. Ускоритель лазера разгоняет электроны до релятивистских скоростей при помощи череды электромагнитных устройств, в данном случае интенсивность полученного пучка электронов в миллиард раз больше интенсивности, получаемой при помощи большинства других синхротронов. Приобретенная электронами энергия при помощи специальных устройств преобразовывается в очень яркое рентгеновское излучение, позволяющее получать высококачественные изображения с атомарной разрешающей способностью.

Ключевым компонентом лазера XFEL является линейный ускоритель, длиной 2.1 километра, оснащенный электромагнитами со сверхпроводящими обмотками. В недрах этого ускорителя импульс электронов ускоряется почти до скорости света, приобретая очень высокую энергию, прежде чем попасть в фотонный туннель, длиной 210 метров, в котором находится масса устройств, вырабатывающих рентгеновское излучение. Эти устройства в общей сложности состоят из 17 290 магнитов-ондуляторов с переменными полюсами, располагающимися ниже и выше потока электронов. Поле этих магнитов отклоняет электроны от прямой траектории движения и электроны, теряя энергию «на поворотах», испускают высокоэнергетическое рентгеновское излучение строго определенной частоты.

В результате работы установки каждый импульс электронов производит чрезвычайно яркий импульс рентгеновского излучения. Этот импульс при помощи специальных рентгеновских зеркал будет расщеплен на несколько, подающихся в залы, в помещениях которых производятся научные эксперименты и исследования. Таким образом, во время работы лазера XFEL можно будет параллельно проводить сразу несколько экспериментов.

Поскольку лазер XFEL излучает рентген с длиной волны, сопоставимой с диаметром атома, разрешающая способность получаемых при его помощи снимков позволит ученым глубже проникнуть в тайны «микро- и нанокосмоса». Кроме этого, лазер XFEL может использоваться для проведения съемки быстротекущих химических и физических процессов, для моделирования условий, с которыми людям придется сталкиваться при длительных путешествиях в космосе и пребывании на поверхности других планет.