北京時(shí)間4月7日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，世界上最強(qiáng)大的X射線激光器將進(jìn)行一次價(jià)值10億美元（約合64億人民幣）的升級(jí)。加州的科學(xué)家們將為直線加速器相關(guān)光源（LinacCoherentLightSource，簡(jiǎn)稱LCLS）添加一道新的激光束，亮度是原先的10000倍，速度是原先的8000倍，從而提高該激光器的功率。

　　圖為藝術(shù)家所繪的概念圖，展現(xiàn)了電子從加速器空腔中飛過(guò)的場(chǎng)景。這些空腔將產(chǎn)生能量極大的激光束，每秒鐘將產(chǎn)生一百萬(wàn)次X射線脈沖，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何現(xiàn)有的、或正在設(shè)計(jì)中的X射線激光器。

　　未來(lái)的LCLS-IIX射線激光器（藍(lán)色所示）將被放置在現(xiàn)有的LCLS加速器（紅色所示）旁邊。LCLS占據(jù)了斯坦福直線加速器中心加速隧道的最后三分之一。安裝LCLS-II時(shí)，原銅加速器的前三分之一將被替換成超導(dǎo)加速器，每秒能產(chǎn)生一百萬(wàn)次X射線脈沖。

　　這些鈮金屬超導(dǎo)腔位于一連串地下低溫恒溫器中，當(dāng)電子從加速器中快速飛過(guò)時(shí)，能量將大大增加。這一過(guò)程所需的能量來(lái)自于地面上產(chǎn)生的高能量射頻場(chǎng)。

　　這道新激光束名為L(zhǎng)CLS-II，將幫助科學(xué)家更好地看清原子在生命系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)方式。研究人員稱，該激光器的能量得到提升之后，將幫助我們?cè)陔娖?、能源和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域做出新的發(fā)現(xiàn)。

　　“LCLS-II將使X射線科學(xué)向前邁進(jìn)一大步，為我們敞開一系列超快、超小物質(zhì)相關(guān)研究的大門，”LCLS的主管邁克·杜恩（MikeDunne）說(shuō)道，“這將大大增強(qiáng)我們研發(fā)未來(lái)新科技的能力，如新奇的電子產(chǎn)品、救命的藥品和富有創(chuàng)新精神的能源解決方案等。”

　　此次升級(jí)將到2020年才能最終完成，LCLS將于2018年關(guān)停一年時(shí)間。每年都有數(shù)百名科學(xué)家使用LCLS，以前所未有的精細(xì)程度一窺大自然最基本的物理過(guò)程。他們可以看到分子是如何形成或打破化學(xué)鍵的，還能看到電流在材料中迅速排布時(shí)、是如何充電的。

　　要想使激光束的亮度達(dá)到原來(lái)的10000倍，激光束每秒需要產(chǎn)生1百萬(wàn)次X射線脈沖。新加入的X射線激光束將和已有的激光束一起運(yùn)行，每道激光束將占據(jù)斯坦福直線加速器中心（StanfordLinearAcceleratorCenter，簡(jiǎn)稱SLAC）2英里（約合3.2公里）長(zhǎng)的直線加速隧道的三分之一。

　　和目前的設(shè)備一樣，LCLS-II將使用加速到接近光速的電子來(lái)產(chǎn)生亮度極高的X射線激光束。這些電子從一連串磁體中間飛過(guò)（這一裝置名叫波蕩器），迫使電子按照彎彎曲曲的路徑飛行，并以X射線的形式釋放出能量。但這些電子被加速的方式則與現(xiàn)在的有很大區(qū)別，從而使LCLS-II的能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。

　　我們現(xiàn)在采用的方法是，將電子放在一根處于室溫的銅管中加速，每秒能產(chǎn)生120次X射線脈沖。但在研發(fā)LCLS-II時(shí)，研究人員將安裝一臺(tái)超導(dǎo)加速器。之所以叫做“超導(dǎo)”，是因?yàn)樗募铀倨骺涨挥山饘兮壷瞥桑诶鋬龅搅阆?56華氏度（約零下271攝氏度時(shí)），電流損耗幾乎為零。

　　加速電子時(shí)，電子會(huì)從一連串這樣的空腔中穿過(guò)，產(chǎn)生幾乎連續(xù)不斷的X射線激光束，每秒鐘產(chǎn)生一百萬(wàn)次激光脈沖，平均比LCLS亮一萬(wàn)倍。

　　為了實(shí)現(xiàn)此次重大升級(jí)，斯坦福直線加速器中心已經(jīng)與另外四所國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、伯克利實(shí)驗(yàn)室、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室和杰弗遜實(shí)驗(yàn)室）以及康奈爾大學(xué)共同組建了一支研究團(tuán)隊(duì)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都將為項(xiàng)目籌劃、組件設(shè)計(jì)、獲取和裝配做出重大的貢獻(xiàn)。