美打造高強(qiáng)度窄波段X射線激光束

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)不久前報(bào)道，美國能源部斯坦福直線加速器中心國家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員，采用金剛石細(xì)薄片把直線加速器的相干光源轉(zhuǎn)化為手術(shù)刀般更精確的工具，以探測納米世界。改進(jìn)后的激光脈沖可在X射線波長更窄頻帶高強(qiáng)度聚焦，開展以前所不能為的實(shí)驗(yàn)。該研究結(jié)果刊登在《自然·光子學(xué)》雜志上。

這個(gè)過程被稱為“自激注入”，金剛石將激光束過濾為單一的X射線顏色，然后將其放大。研究人員可以在原子水平研究和操縱物質(zhì)上有更強(qiáng)的能力，傳送更為清晰的物質(zhì)、分子和化學(xué)反應(yīng)的影像。

人們談?wù)摗白约ぷ⑷搿币呀?jīng)近15年，直到2010年斯坦福線性加速器中心成立時(shí)，才由歐洲自由電子激光器和德國電子加速器研究中心的研究人員提出，并由來自斯坦福線性加速器中心和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的工程隊(duì)伍將其建立?！白约ぷ⑷搿笨蓾撛诘禺a(chǎn)生更高強(qiáng)度的X射線脈沖，顯著高于目前直線加速器相干光源的性能。每個(gè)脈沖增加的強(qiáng)度可以用來深入探測復(fù)雜的材料，以幫助解答諸如高溫超導(dǎo)體等特殊物質(zhì)或拓?fù)浣^緣體中復(fù)雜電子態(tài)等問題。

直線加速器相干光源通過接近光速的電子群加速激光束，用一系列磁體將其設(shè)定為“之”字路徑。這將迫使電子發(fā)射X射線，聚集成亮度超過之前10億倍的激光脈沖。如果沒有“自激注入”，這些X射線激光脈沖包含的波長（或顏色）范圍比較寬，無法被所有的實(shí)驗(yàn)使用。之前在直線加速器相干光源創(chuàng)造更窄波段（即更精確波段）的方法則會導(dǎo)致大量的強(qiáng)度損失。

研究人員在可產(chǎn)生X射線的130m長磁體的中間段安裝了一片金剛石晶體，由此創(chuàng)建了一個(gè)精確的X射線波段，并且使直線加速器相干光源更像是“激光”。該中心物理學(xué)家黃志榮（音譯）說：“如果我們完成系統(tǒng)的優(yōu)化，并添加更多的波蕩，所產(chǎn)生的脈沖集中的強(qiáng)度將達(dá)10倍之多?！蹦壳笆澜绺鞯氐南嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)趨之若鶩，計(jì)劃將這一重要進(jìn)展與自身的X射線激光設(shè)施相結(jié)合。