美国最具野心的激光器：世界最强X射线激光器

2013-07-30 00:04

　　直线加速器相干光源覆盖了两公里的距离，可产生比地球上任何来源明亮10亿倍的强烈X射线束。科学家称，在能量峰值状态下，所产生的能量超过了比利时等小国家的电能生产能力。

　　4、第一项实验成果：“空心原子”

　　位于美国斯坦福直线加速器中心（SLAC）国家加速器实验室内、迄今世界最强大的X射线激光器——直线加速器相干光源（LCLS）于2010年6月30日发表了它自启动以来的第一项实验成果：其强大而独特的能力，达到了可操纵原子样本上单个电子的水平，从内到外逐个将电子剥离，形成了所谓的“空心原子”。

　　由于体现出了X射线令人惊讶的强度与操控度，该结果让科学界人士大为赞赏；甚至包括研究人员自己在内，直到实验成功才真正相信，X射线已可达到如此精准之地步。

　　首个硬X射线激光器

　　SLAC国家加速器实验室隶属美国能源部，40余年来执着于对自然界基本规律的探索，以物理实验手段揭示了许多自然界的秘密。

　　2009年4月，直线加速器相干光源（LCLS）在这里成功诞生。这个巨型激光器长130米，由实验室3公里长的直线粒子加速器提供动力，每次启动发光装置研究人员需花2小时。该设备制成耗时3年，而从计划提出到完成开工准备历时几乎10年。

　　诞生伊始，研究员第一次使用大功率X射线激光器发出直线连续光，此X射线已经比其他任何人造光源发出的脉冲亮度都要高，测试光的波长为0.15纳米（nm），是当时人类创造的最短波长同时具有最大能量的光。

　　此后一年时间来LCLS并未发表科研成果，但却一直被视为激光领域“质的飞跃”或“里程碑式的杰作”。因为其完全不同于所有以前的激光器：这是国际上最早提出的第四代光源之一，亦是世界上第一个发射硬X射线的自由电子激光器。所谓硬X射线，通常定义为能量较高、波长极短的X射线。

　　从原理上来看，LCLS首度结合了原子尺度空间和时间分辨率，以相干量子波的形式输出X射线，是研究人员从以往传统激光器发展出来的新型光源；从效果上来讲，LCLS亮度能比以往光源高10亿倍，产生脉冲短暂到百万分之二纳秒，为满足各种应用需求，LCLS的输出可以在原子、分子和光学领域的不同设备之间进行切换。科学家们预想，经过微调之后的LCLS的脉冲可帮助排列出众多材料的内部原子结构。

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