打破在XFEL

离开他的实验的地下掩体郊区的汉堡,德国住房欧洲x射线的一端自由电子激光(XFEL),基督徒能使提前决定。来,我将向您展示我们的快速设置,关闭厨之前,“领先的科学家飞秒x射线实验仪器(FXE)兴奋地说。“30秒”,称他的队友之一。

布瑞斯勒指出,短,needle-thin垂直喷射maroon-red液体空气。这是一个解决方案的一个铁复杂的XFEL的前两个实验运行。飞机周围是一长串不锈钢真空室包含物品如眼镜、重型缝和探测器。布瑞斯勒的团队是发射一束x射线,这最终将聪明十亿倍最好的常规来源的液体。而他解释说,一个自动化的女声开始警告任何仍在屏蔽厨离开,以避免被困在和暴露于辐射。

XFEL的承诺全新功能探索化学的神奇力量。布瑞斯勒,例如,希望能同时跟踪物质的原子和电子的行为反应,看到事件持续15飞秒或15 quadrillionths-of-a-second。其他可能性包括确定结构从晶体x射线衍射通常太小,和记录图像和电影的生物物质,如酶之间的相互作用和潜在的药物。

第一个实验开始于2017年9月14日——专门跟踪运行必威体育 红利账户。只有两个目前计划的六个欧洲XFEL仪器操作。科学家们在努力平衡种族发表激动人心的结果与学习如何运行一个全新的设施。

安全返回外,布瑞斯勒解释说,他们开始通过使用FXE化学系统他们以前的研究。maroon-red复杂形式一个不同寻常的铁氧化态(V)。现在欧洲XFEL将提供关于如何更深的见解,帮助化学家利用它。尽管1米厚混凝土墙分离部分的硬件支持,FXE厨、覆盖的壁画显示什么。

巨大的电子

的过程中产生的x射线FXE科学家即将利用德国同步3.4公里开始,谜底。旅程开始在世界上最长的超导直线加速器,充满了磁铁,其电子束直接。这些至关重要的磁铁生产,由俄罗斯的一部分贡献占四分之一的欧洲XFEL€15亿(£13.3亿)总成本。一半的融资建设设施和提供专门的设备由德国,剩下的由10个欧洲国家包括英国共享。

电子加速器最终将提高大约167万亿gev每秒高达17.5。在一起,第二个是值得的电子会因此拥有动能等效成年大象全速运行。2.1公里的他们之间可以交换两个隧道——尽管目前只有一个操作。

在最后阶段,电子通过一个212米长的“波纹机”,创建一个高度相干光束的同相x射线。目前只有一个波纹机,称为SASE1,正在运行。SASE2,生成相同的波长,SASE3提供不同的范围,将在2018年底建成。白天的转变,从早上8点到晚上8点,FXE SASE1提要。在夜班从晚上8点到8点,它助长了邻近的仪器(SFB /自解压),进行单粒子,集群和生物分子实验,连环飞秒晶体学。

10飞秒足够快,你有效冻结原子运动

欧洲XFEL理查德•Bean

波纹机利用这一事实传递电子磁铁产生辐射,评论SFB / SFX科学家理查德·Bean。环形同步加速器谜底和英国钻石设施生产x射线在梁弯曲磁铁和短期波动器。但欧洲XFEL波纹机使许多并排磁铁,使self-amplified自发发射(SASE)给他们他们的名字。

当束电子波纹机他们一边到另一边移动,辐射x射线,豆解释道。“最终,x射线使电子,这样他们一起行动,”他说。”,当这一切发生的时候你会得到一个巨大的提高x射线辐射。由此产生的x射线激光也是的需要导致晶体学的干扰影响。豆指向一个明信片展示点安排像一个加号,欧洲XFEL生成第一衍射图样。这是相干光整个孔径下降,”他说。

一个好点

排队这样的模式并不容易,因为虽然在产生它的设施是公里长,强大的x射线聚焦到直径2微米左右。FXE和SFB / SFX现在调整这可能与液体喷射类似的维度。豆解释说,证期局/ SFX团队成功地收集从钛酸锂粉末衍射数据校准标准的前一晚,他们的第一个实验运行的第一天。然而他们不能排队喷水,,现在准备再试一次。自动设置的几千马达和传感器的安全会让团队尝试从厨、外Bean补充道。

前一小时SFB / SFX beamtime定于第二天开始,豆和艾德里安的形象,SFB / SFX领先的科学家,地址大约50的同事。他们加入了安东巴蒂中心的自由电子激光科学(CFEL)为基础的谜底。施特设计了第一个预定SFB /自解压的社区的建议让房间里的研究人员研究生物学上重要的蛋白质。从他们的问题,很明显,“样本的家伙”准备的蛋白质晶体是不耐烦。

他们渴望利用x射线爆发XFEL加速器的窄束电子将在10年内产生飞秒脉冲,豆解释道必威体育 红利账户。10飞秒足够快,你有效冻结原子运动,”他补充道。就像一个闪光灯。“在最初的实验中,欧洲XFEL生产300脉冲/秒,两倍多的光源(拼箱)XFEL在美国。在大约一年内可能达到6000每秒脉冲,它对27000脉冲/秒。逐渐过渡状态反映出必要的精度。“如果你把这个权力,如果几百块必须完全在梁并不完全一致,就可以开始做了很多伤害,“Bean突显。

和谨慎的必要性变得清晰的形象揭示了XFEL梁正在下降。一个管状的超导模块已经流行了。

衍射毁灭之前

梁下沉的最后FXE运行期间已经开始布瑞斯勒的旅行。在铁(V)实验中,布瑞斯勒的团队希望利用大量的x射线XFEL产生衍射和x射线发射光谱学。¹这将使他们不仅了解原子做什么,为什么”,布瑞斯勒说。

同样,XFEL许多强烈的脉冲scattershot-seeming方法是至关重要的,证期局/ SFX仪器在喷气式飞机火灾的蛋白质晶体在溶液中。²有时你遇到晶体,有时你不,“豆说。但如果你足够得到几十万模式与晶体衍射,和(从你得到)分子的电子密度。

曼补充道,脉冲每秒10串30,组织了在脉冲分离约1000000秒。群结构创建一个新的维度pump-probe实验中,使用x射线晶体学泵激光探针的化学反应开始。在同步加速器需要集成许多次不同的时间步骤,”曼解释道。这个过程中捕捉每一帧分别通过逐渐增加泵和探针之间的差距。但由于欧洲XFEL“有大量的x射线”密集束,他补充说,它可以记录几帧。

事实上,x射线是如此强烈,它破坏了每一个水晶。但由于晶体炸毁声速,和x射线以光速旅行,每个晶体仍在破碎前产量丰富的数据。然而这种“衍射在败坏”还附带了一个之后,小巴蒂指出。我们知道飞机爆炸,但我们必须带上第二晶体,”他说。“我们如何把在样本足够快20倍结构数据在给定的时间内,或20时间点?”

你认为最糟糕的

小巴蒂SFB / SFX社区的建议因此旨在帮助解决这个问题,这样允许各种团体做相对简单的研究蛋白质。我们知道从筛选蛋白质晶体的衍射,但是他们很小的晶体形式,”施特解释说。在拼箱我们拍摄晶体生长在细胞,它不能生长大于细胞或死亡。³这些你可以很好地在XFEL运行。而得到结构6 - 12小时,你就可以开始把他们最终在分钟。”

这个速度也带来计算压力。在拼箱一个小时,你可以得到一百万衍射模式理论上我们可以去测量3000万,”巴蒂说。我们将每小时生产10 tb的数据。然后你需要紧缩。”

社区的建议包括免疫系统蛋白质髓鞘分化的主要反应88,或MYDA88,被研究康妮Darmanin拉筹伯大学的实验室在墨尔本,澳大利亚。MYDA88的结构已由x射线衍射在同步之前,但是有困难,因为它形成长,薄晶体。它们的大小阻挠她的博士生苏珊娜福尔摩斯的努力做更复杂的研究在同步加速器,可能有助于在设计涉及炎症的疾病的药物。

XFEL研究小晶体的能力因此理想——如果他们能得到证期局/ SFX仪器运行,研究它们。进入一个实验,我们知道这是调试,你认为最糟糕的,”Darmanin承认。“总是最后几小时我们获取数据。

佩特拉Fromme亚利桑那州立大学的团队正在研究光系统植物蛋白质,利用阳光将有限公司₂我们吃的分子,我们呼吸的氧气。⁴“光系统I由超过150000个原子,Fromme压力。有288叶绿素,这就是为什么它是绿色的。这是一个巨大的分子机器,我们让小绿水晶,然后,我们希望我们将梁”。

如果我们开始看到一些衍射数据从任何一个香槟的时刻

欧洲XFEL阿德里安•曼库索

Fromme的团队有一个SFB / SFX beamtime槽本身在2017年11月,在科学家们希望踢用激光光系统I采取行动和“小mini-movie”。从藻类是一个艰巨的过程,但隔离服用几个月和生产非常变量晶体。光系统I科学家因此标记在第一个实验中,希望看到尺寸晶体可能效果最好。

维珍模式

豆召开第三天SFB / SFX会见锣的bash。第二天,扩大150微米的梁得到x射线撞击射流喷嘴,他解释说,但是球队仍然无法记录喷水。所以今晚的目标是多么强烈的x射线影响水和希望研究一个便宜的,丰富的蛋白质。如果我们开始看到一些衍射数据从任何一个香槟的时刻,”曼库索表示。

而艾伦Orvile钻石没有直接涉及到现在,他的观察和愿意,因为他的团队领导SFB /自解压的第三个实验,9月28日开始。他的社区提案旨在建立在他之前的工作⁵通过让酶晶体结构与底物分子他们相互作用。这只能使用小晶体,证期局/ SFX仪器条件研究,Orvile解释道。此外,间隔太近脉冲串应该能够捕捉基质进入的酶。

当会议锣声音四天,消息是有前途的。前一天晚上,证期局/ SFX团队得到了射流与x射线相交。虽然复杂的探测器需要收集大量的高频衍射数据表现有点奇怪的是,他们所做的记录模式。因此,曼库索和Bean考虑设置标准来帮助决定哪些为了集团的蛋白质。与另一个转变,由于五天,似乎有可能从MYDA88 Darmanin甚至可以看到数据前的最后几个小时。

遇到能让他实验了四天,他皱巴巴的出现反映了主要的挑战XFEL第一个“类”。从积极的一面来看他的团队已对齐的栗色液体喷射与x射线和激光使pump-probe研究。然而,他们还没有把检测器在线,他们需要研究电子结构通过x射线辐射。布瑞斯勒承认,他的“不确定我们可以做新的科学”。

然而,布瑞斯勒预计这个,故意选择了他的一个团队的实验会受多大影响。XFEL完成的我们知道,所有的环境这么快就第一个用户试验之前是不公平将自己的桩,当我们知道事情会工作,”他说。“现在一切都在处女模式”。

然而他的兴奋通过仍闪闪发光。他相信他的小组将很快记录的过渡过程,化学家们曾认为太短暂。“我们实际上是捕捉到这,”他激动地说。

安迪Extance在埃克塞特是一个基于科学作家,英国