【據(jù)asdnews網(wǎng)站2019年5月30日?qǐng)?bào)道】美國(guó)能源部勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出直線加速器相干光源(LCLS)X射線電子激光槍，可為加州門洛帕克市SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室研制的下一代直線加速器相干光源X射線激光器發(fā)射電子束。

新型電子激光槍位于LCLS前端，其近乎連續(xù)的電子流可產(chǎn)生高出以往脈沖速率800倍的高能X射線。研制工作歷經(jīng)15個(gè)月，在過(guò)去設(shè)計(jì)、測(cè)試的基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還在斯坦福直線加速器中心(SLAC)國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室測(cè)試了電子激光槍的零部件。勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室曾在2018年1月22日將新型電子激光槍移交給SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室。在電子激光槍與X射線激光器的組裝過(guò)程中，伯克利實(shí)驗(yàn)室采取了嚴(yán)格的凈化程序以保證電子激光槍的性能。

X射線激光器能利用電子脈沖束生成x射線。電子脈沖束經(jīng)大型線性粒子加速器后獲得巨大能量，再經(jīng)過(guò)振蕩器時(shí)會(huì)以極端明亮的閃光形式釋放出能量。而振蕩器的制造與交付由勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員負(fù)責(zé)。勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室表示，目前已完成“軟性X射線”即低能級(jí)x射線激光振蕩器的制造，預(yù)計(jì)本年度下半年完成“硬性X射線”即高能級(jí)x射線激光振蕩器的制造。

生成秒速百萬(wàn)級(jí)脈沖克服的三個(gè)難題。SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室表示，“以往直線加速器相干光源每秒產(chǎn)生120個(gè)x射線脈沖，而現(xiàn)在需要產(chǎn)生百萬(wàn)個(gè)x射線脈沖，這就需要一直打開射頻(RF)電源，也需要激光器以更高的速率工作”，這就產(chǎn)生兩個(gè)難題：首先是連續(xù)的射頻場(chǎng)在震蕩腔內(nèi)產(chǎn)生大量熱量?？赡軙?huì)損壞電子槍、降低電子槍的性能。為解決這一問(wèn)題，新一代X射線電子激光槍配有直徑為幾英尺的水冷系統(tǒng)，使得熱量可以分布在更大的表面積上；其次是沒有能夠提供紫外脈沖并符合新一代直線加速器相干光源要求的商用激光系統(tǒng)。SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示，“取而代之的是，我們利用含有非線性晶體的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生紅外激光，然后將紅外激光轉(zhuǎn)換成紫外光”，“我們還在優(yōu)化這一系統(tǒng)以獲得最佳的系統(tǒng)性能”。與此同時(shí)，新電子源也帶來(lái)新難題。新一代直線加速器相干光源利用高效的光陰極產(chǎn)生第一個(gè)電子崩，光陰極由固定在金屬支架上的一個(gè)直徑為1厘米、厚度為幾十納米的半導(dǎo)體平板閘閥組成，生產(chǎn)電子的效率比使用銅陰極高出約1000倍。但銅陰極可使用幾年，而光陰極不如銅陰極堅(jiān)硬，只能使用幾星期。光電極不能簡(jiǎn)單地購(gòu)買，只能由SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員在實(shí)驗(yàn)室中制造以便在需要的時(shí)候更換，這成為一個(gè)新的難題。

接下來(lái)幾個(gè)月內(nèi)，調(diào)試團(tuán)隊(duì)將優(yōu)化電子束特性，對(duì)電子槍實(shí)施自動(dòng)控制。明年新一代LCLS超導(dǎo)線性加速器安裝完畢時(shí)，調(diào)試團(tuán)隊(duì)就可以全面測(cè)試電子激光槍，利用它就能發(fā)射出世界上最強(qiáng)的X射線。