В городе Лунд, находящемся на юге Швеции, уже находится достаточно большое количество разнообразных научно-исследовательских комплексов, включая MAX IV, самый современный синхротронный источник рентгеновского излучения, который вступит в строй в 2016 году. И в недалеком будущем в этом же городе появится самый мощный в мире источник нейтронов, European Spallation Source (ESS), на сооружение которого будет потрачено 1.8 миллиарда евро. Этот проект финансируется более чем дюжиной европейских стран, на долю Швеции приходится 35 процентов, на долю Дании – 12.5 процентов, а остаток суммы распределен между другими странами в различных пропорциях. Согласно планам первый запуск источника ESS должен быть произведен в 2019 году.

В мире уже существуют подобные источники нейтронов, используемые в различных научных исследованиях.

Генератором нейтронов в этих источниках является ядерный реактор достаточно обычной конструкции. Источник ESS будет построен на совершенно новых принципах, что позволит избежать проблем с безопасностью, связанных с наличием ядерного реактора, и увеличить количество излучаемых нейтронов.

Как и все инструменты, предназначенные для изучения самых маленьких частичек материи, источник ESS будет иметь гигантские размеры.

Линейный ускоритель, длиной 600 метров и мощностью 5 МВт, будет разгонять луч протонов, которые попадут во вращающуюся вольфрамовую мишень. Протоны, летящие почти со скоростью света, попадая в ядра атомов вольфрама, станут причиной процесса расщепления ядра, в ходе которого высвобождается нейтрон. Излученные нейтроны будут «охлаждены», т.е. замедлены до необходимого уровня, и направлены в один из 44 лучей, все из которых будут генерироваться только к 2025 году.

По предварительным прогнозам, совместная работа нового источника нейтронов с некоторыми другими существующими инструментами будет способна поднять эффективность работы последних минимум в 30 и максимум в 1000 раз.

«Это означает, что мы получим возможность проводить свои эксперименты намного быстрее и намного лучше, собирая в их ходе наборы данных, имеющих высокий уровень достоверности» – рассказывает Хеннинг Фриис Пулсен (Henning Friis Poulsen), ученый-физик из Датского Технического университета, – «Мы получим возможность проведения уникальных экспериментов в области сверхпроводимости, в области материаловедения и во множестве других областей и перспективных направлений».

Интерес ученых к нейтронам обусловлен тем, что они не несут электрического заряда и могут проникать глубоко в атомы вещества.

Это дает возможность прямо исследовать атомы различных элементов, то, чего невозможно сделать при помощи любого другого излучения, даже рентгеновского. При помощи рентгеновского излучения можно увидеть только тяжелые элементы, а при помощи нейтронов уже можно изучать и легкие элементы в момент их взаимодействия с тяжелыми элементами, к примеру, водород и углерод. Все это позволит охватить исследованиями более широкий ряд материалов, что найдет массу применений в областях молекулярной биологии, биомедицины и т.п.

Второй привлекательной чертой нейтронов является то, что они имеют магнитный момент, являясь, по сути, крошечными магнитами.

«Нейтроны – одни из наилучших крошечных "зондов» для исследований магнетизма« – рассказывает Пулсен, – "Их магнитный момент взаимодействует с магнитными моментами атомов и при помощи нейтронов гораздо удобнее и информативней производить исследования различных материалов, таких, как сверхпроводники».

Географически источник ESS и источник МАКСА IV будет разделять всего один километр. Близость этих двух научных установок позволят производить комплексные исследования, получая информацию от просвечивания образцов рентгеновским и нейтронным излучением. Общий штат сотрудников, которые будут заниматься обслуживанием оборудования установки ESS, составит 500 человек, а ежегодно работать с этим источником сможет от 2 до 5 тысяч ученых из разных стран.