北京時間4月7日消息，據(jù)國外媒體報道，世界上最強大的X射線激光器將進行一次價值10億美元（約合64億人民幣）的升級。加州的科學家們將為直線加速器相關光源（LinacCoherentLightSource，簡稱LCLS）添加一道新的激光束，亮度是原先的10000倍，速度是原先的8000倍，從而提高該激光器的功率。
圖為藝術家所繪的概念圖，展現(xiàn)了電子從加速器空腔中飛過的場景。這些空腔將產(chǎn)生能量極大的激光束，每秒鐘將產(chǎn)生一百萬次X射線脈沖，遠遠超出任何現(xiàn)有的、或正在設計中的X射線激光器。
未來的LCLS-IIX射線激光器（藍色所示）將被放置在現(xiàn)有的LCLS加速器（紅色所示）旁邊。LCLS占據(jù)了斯坦福直線加速器中心加速隧道的最后三分之一。安裝LCLS-II時，原銅加速器的前三分之一將被替換成超導加速器，每秒能產(chǎn)生一百萬次X射線脈沖。
這些鈮金屬超導腔位于一連串地下低溫恒溫器中，當電子從加速器中快速飛過時，能量將大大增加。這一過程所需的能量來自于地面上產(chǎn)生的高能量射頻場。
這道新激光束名為LCLS-II，將幫助科學家更好地看清原子在生命系統(tǒng)中的運動方式。研究人員稱，該激光器的能量得到提升之后，將幫助我們在電器、能源和醫(yī)學等領域做出新的發(fā)現(xiàn)。
“LCLS-II將使X射線科學向前邁進一大步，為我們敞開一系列超快、超小物質(zhì)相關研究的大門，”LCLS的主管邁克·杜恩（MikeDunne）說道，“這將大大增強我們研發(fā)未來新科技的能力，如新奇的電子產(chǎn)品、救命的藥品和富有創(chuàng)新精神的能源解決方案等。”
此次升級將到2020年才能最終完成，LCLS將于2018年關停一年時間。每年都有數(shù)百名科學家使用LCLS，以前所未有的精細程度一窺大自然最基本的物理過程。他們可以看到分子是如何形成或打破化學鍵的，還能看到電流在材料中迅速排布時、是如何充電的。
要想使激光束的亮度達到原來的10000倍，激光束每秒需要產(chǎn)生1百萬次X射線脈沖。新加入的X射線激光束將和已有的激光束一起運行，每道激光束將占據(jù)斯坦福直線加速器中心（StanfordLinearAcceleratorCenter，簡稱SLAC）2英里（約合3.2公里）長的直線加速隧道的三分之一。
和目前的設備一樣，LCLS-II將使用加速到接近光速的電子來產(chǎn)生亮度極高的X射線激光束。這些電子從一連串磁體中間飛過（這一裝置名叫波蕩器），迫使電子按照彎彎曲曲的路徑飛行，并以X射線的形式釋放出能量。但這些電子被加速的方式則與現(xiàn)在的有很大區(qū)別，從而使LCLS-II的能力得到了進一步加強。
我們現(xiàn)在采用的方法是，將電子放在一根處于室溫的銅管中加速，每秒能產(chǎn)生120次X射線脈沖。但在研發(fā)LCLS-II時，研究人員將安裝一臺超導加速器。之所以叫做“超導”，是因為它的加速器空腔由金屬鈮制成，在冷凍到零下456華氏度（約零下271攝氏度時），電流損耗幾乎為零。
加速電子時，電子會從一連串這樣的空腔中穿過，產(chǎn)生幾乎連續(xù)不斷的X射線激光束，每秒鐘產(chǎn)生一百萬次激光脈沖，平均比LCLS亮一萬倍。
為了實現(xiàn)此次重大升級，斯坦福直線加速器中心已經(jīng)與另外四所國家實驗室（阿貢國家實驗室、伯克利實驗室、費米實驗室和杰弗遜實驗室）以及康奈爾大學共同組建了一支研究團隊，每個實驗室都將為項目籌劃、組件設計、獲取和裝配做出重大的貢獻。
