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高强度窄波段X射线激光束

导读: 近日,美国能源部斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室的研究人员采用金刚石细薄片把直线加速器的相干光源转化为手术刀般更精确的工具,以探测纳米世界。

  近日,美国能源部斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室的研究人员采用金刚石细薄片把直线加速器的相干光源转化为手术刀般更精确的工具,以探测纳米世界。改进后的激光脉冲可在X射线波长更窄频带高强度聚焦,开展以前所不能为的实验。

  这个过程被称为“自激注入”,金刚石将激光束过滤为单一的X射线颜色,然后将其放大。研究人员可以在原子水平研究和操纵物质上有更强的能力,传送更为清晰的物质、分子和化学反应的影像。

  人们谈论“自激注入”已经近15年,直到2010年斯坦福线性加速器中心成立时,才由欧洲自由电子激光器和德国电子加速器研究中心的研究人员提出,并由来自斯坦福线性加速器中心和阿贡国家实验室的工程队伍将其建立。“自激注入”可潜在地产生更高强度的X射线脉冲,显著高于目前直线加速器相干光源的性能。每个脉冲增加的强度可以用来深入探测复杂的材料,以帮助解答诸如高温超导体等特殊物质或拓扑绝缘体中复杂电子态等问题。

  直线加速器相干光源通过接近光速的电子群加速激光束,用一系列磁体将其设定为“之”字路径。这将迫使电子发射X射线,聚集成亮度超过之前10亿倍的激光脉冲。如果没有“自激注入”,这些X射线激光脉冲包含的波长(或颜色)范围比较宽,无法被所有的实验使用。之前在直线加速器相干光源创造更窄波段(即更精确波段)的方法则会导致大量的强度损失。

  研究人员在可产生X射线的130米长磁体的中间段安装了一片金刚石晶体,由此创建了一个精确的X射线波段,并且使直线加速器相干光源更像是“激光”。该中心物理学家黄志荣(音译)说:“如果我们完成系统的优化,并添加更多的波荡,所产生的脉冲集中的强度将达10倍之多。”目前世界各地的相关实验室已经趋之若鹜,计划将这一重要进展与自身的X射线激光设施相结合。
 

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