美国能源部新设施将十亿瓦激光和XFEL结合，探测地球极端条件

2021-10-12 16:12

近日，美国能源部(DOE)的SLAC国家加速器实验室的一个新设施将把十亿瓦激光和X射线自由电子激光(XFEL)结合起来，以一种前所未有的方式探测地球的极端条件。

结合实验室的直线加速器相干光源(LCLS)，MEC-U设备将有望显著提高我们对产生聚变能所需条件的理解，并在地球上重新呈现一系列广泛的天体物理现象。

该项目于2021年10月4日获得了美国能源部科学办公室(SC)的批准，从概念设计阶段进入初步设计和执行阶段，并通过了该部门的关键决定。

SLAC将与劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）、美国罗彻斯特大学激光能量学实验室（LLE）在一个新的地下洞穴中设计和建造他们的新设施。在那里，两种最先进的激光系统——一种是大功率的十亿瓦激光，另一种是更高能量的千焦激光——将进入两个新的实验领域，专门研究热致密等离子体、天体物理学和行星科学。

美国能源部新设施将十亿瓦激光和XFEL结合，探测地球极端条件

（图源：美国能源部SLAC国家加速器实验室）

该项目建立在LCLS现有的MEC仪器（Matter in Extreme Conditions）取得成功的基础上。由美国能源部SC的聚变能量科学计划(FES)资助，MEC仪器使用短脉冲激光与来自LCLS的X射线激光脉冲耦合，以前所未有的精度探测物质的特性。

这些实验带来了大量杰出的科学成果，并吸引了全世界媒体的关注，例如研究海王星上存在的“钻石雨”，调查小行星撞击地球的特征，研究太阳耀斑导致的卫星潜在故障机制。

然而，现有的MEC工具在它可以使用的场景方面是有限的。它只有有限的激光能力，这使它不能达到研究人员最感兴趣的条件。该团体呼吁对一种兆瓦激光进行投资，这种激光可以产生前所未有的光压力，并在宇宙碰撞、恒星和行星的核心以及聚变设备中发现的更高温度下产生等离子体，让科学家接触到更极端的物质形式，需要解决由广大科学用户群体确定的最重要的科学挑战。

MEC-U还将利用LCLS- ii设备升级的优势，为探测这些等离子体提供无与伦比的亮度的X射线激光束，使目前可获得的X射线能量翻倍。

该设施将向美国和世界各地的研究人员开放使用——这部分得益于LaserNetUS研究网络，该网络正在促进美国各地实验室和大学使用高强度激光设施。同时，这也将允许更多的MEC用户在更广泛的领域来使用该设施，并有助于培训新员工和开发新技术。