科学家完成打破：电子束提速千倍巨型激光器大幅缩小

  科学家们展现了一种新办法，用于发生和保持X射线激光器所需的高质量电子束。这是朝着使此类仪器变得更小、更经济方向迈出的重要一步。

  这项研讨由美国能源部部属的劳伦斯伯克利国家试验室（伯克利试验室）与TAU Systems Inc.公司协作进行。

  研讨的中心是使用紧凑型激光等离子体加快器（LPA）来发生安稳牢靠的电子束，该电子束展现出激烈的辐射指数级增加 —— 这是完成X射线自由电子激光器（XFEL）的必要条件。

  这种LPA办法可发生每米100吉电子伏（GeV）的加快梯度，使电子加快速度比传统加快器（一般约束在约每米50兆电子伏）快达1000倍。功率的提高意味着本来需求数英里长的加快器可缩减至米级规划。

  “这是一项重大打破，”伯克利试验室加快器技能与使用物理（ATAP）部分的科学家、该新研讨的榜首作者萨姆·巴伯（Sam Barber）说。“自由电子激光（FEL）增益到达两到三个数量级的现实，充沛证明晰LPA正在发生使FEL作业所需的高质量电子束。而它在接连数十次试验活动中体现如此牢靠，也说明晰LPA的稳健性。”

  XFEL是能发生强X射线光源的科学东西，使研讨人员能够在原子层面研讨物质的实质。这些见地有助于推进医学、材料科学、生物学和物理学的前进。但是，其高功率一般意味着需求巨大的空间；传统的XFEL是大型研讨设备，全球仅有少量地址能够制作。这项新研讨正是未处理这个尺度约束问题。

  “咱们正在运用咱们在一种称为激光等离子体加快的先进加快器方面堆集的长时间专业相关常识，来缩小XFEL的尺度，”巴伯解释道。

  该团队的效果是在伯克利试验室的激光加快器（BELLA）中心完成的。团队没用传统的射频波来加快电子，而是使用激光在等离子体中发生电子密度波。

  取得高能量仅仅完成XFEL的一个要素，它一起还需求高质量的电子束。伯克利试验室团队的作业是朝着证明LPA能够一起满意这两点要求迈出的一步。

  与TAU Systems Inc.公司的协作至关重要，该公司在加快器束流物理学方面的特长协助将等离子体发生的电子束耦合到了发生X射线的磁波荡器上。

  “这些FEL成果证明了一个条件：LPA在怎么审视加快器、它们的形状以及它们能完成什么方面，敞开了一场革命性的范式改变，”该项目中来自TAU Systems Inc.公司的首席科学家斯蒂芬·米尔顿（Stephen Milton）点评道。

  紧凑型XFEL的可用性将使该技能更易取得，然后能用来生物研讨中杂乱蛋白质的现场成像、材料科学中纳米结构的剖析以及制作半导体芯片的光刻工艺。除了创立新的独立设备外，该技能还可用于晋级现有的XFEL。

  “来自等离子体加快器的高质量电子束能够被注入现有的XFEL中，以扩展其功能，”巴伯总结道。

  “开发根据LPA的自由电子激光器是迈向该技能其他使用的重要一步，例如用于高能物理的直线加快器，”BELLA中心的高档科学家卡尔·施罗德（Carl Schroeder）表明。