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发布日期：2024-08-17 作者：开博
在耗资8.15亿美元、用时14个月的重建以后，美国数一数二的X射线同步加快器—— 一台用在研究材料和份子原子布局的年夜型机械，从头焕发了生气。
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在新的APS内轮回着一束比人类头发回窄的强电子束。图片来历：ARGONNE NATIONAL LABORATORY
据《科学》报导，近日，位在阿贡国度尝试室的新型进步前辈光子源（APS）向尝试人员发射了第一束X射线。一旦调试终了，新的APS—— 一个1.1千米长的环形粒子加快器，将成为世界上最亮的X射线同步加快器，而这要归功在一个斗胆的保持发生X射线的电子束强度的新方案。
“这是对科学手艺的首创性进献。”德国电子同步加快器（DESY）尝试室加快器物理学家Riccardo Bartolini说。
美国布鲁克海文国度尝试室加快器物理学家Timur Shaftan说：“就机能特点而言，APS确切走在了前面。”他暗示，新光源更敞亮、更像激光的X射线束将使每一年利用APS的近6000名科学家可以或许开辟新的尝试手艺。
当高能电子在同步加快器内轮回时，它们会发射出X射线，有点近似在越野车在转弯时踢起石头。X射线同步加快器的亮度是医用X光机的数万亿倍，已多个范畴产生完全改变。
第一代X射线同步加快器源呈现在20世纪70年月，那时研究人员只是从为粒子物理尝试建造的加快器中虹吸X射线。20世纪80年月，第一台专用X射线同步加快器建成。20世纪90年月呈现了第三代X射线同步加快器，包罗最初的APS，位在法国的欧洲同步辐射光源（ESRF）和日本的8GeV超等光子环，它们利用更强、更紧凑的电子束来发生更亮的X射线束。它们还利用了一种名为波动器的非凡磁体，使电子协同摆动，并能比第二代利用的更粗拙的摆动磁体更有用地辐射。
第四代X射线同步加快器已问世。2016年，瑞典的一个较小的X射线同步加快器MAX-IV摆设了更多的聚焦磁铁和弯转磁铁，以发生更紧凑的电子束，从而发生更慎密、更敞亮的X射线束。ESRF紧随厥后，安装了一个近似设计的环——极亮源（EBS）。ESRF- EBS在2020年完工，比旧的ESRF亮100倍，比旧的APS亮约60倍。
从2023年4月最先，工人们在不到一年的时候里撤除了旧的APS并安装了一个新的加快器。新环的电子束乃至比ESRF-EBS的电子束更紧凑，它的发射度，即光束巨细和传布趋向的权衡尺度，只有ESRF-EBS的1/3。Bartolini说，这意味着电子束应当辐射出更敞亮、更联贯的X射线，这类X射线的感化更像是光滑的波，而不是像枪林弹雨。
设计一台具有如斯低发射率光束的机械也带来了问题。当电子在同步加快器四周扭转时，一些电子会飞出并丢掉，这会减弱电子束并使X射线变暗。初期的 X 射线同步加快器解决这个问题的方式是天天两三次释放光束，然后从头最先。旧的APS首创了一种名为“弥补”的手艺，每两分钟弥补一次电子束，使其可以或许24小时供给恒定亮度的X射线。但这类手艺在新的APS上不起感化。
在同步加快器中，电子以小束的情势活开博体育动。“弥补”手艺需要找到最接近耗尽的电子束，并经由过程注入电子来恢复它。阿贡国度尝试室加快器物理学家Michael Borland说，在最初的APS中，必需将额外的电子注入到离电子束15毫米之内的处所。但在新的APS系统中，这个“窗口”小在5毫米——太小了，没法击中方针。
取而代之，Borland和同事实行了一项叫作“互换”的方案。在该方案中，高压电极将耗尽的电子束完全踢出光束，并用一个新的完全束取代，这可以在很是小的打针孔中操作。这一操作比听起来要难，由于它必需以皮秒的精度完成。
Bartolini猜测，换出将被用在其他正在开辟的第四代X射线同步加快器。此中包罗中国的高能光子源，它将在来岁最先运行，和Bartolini正在研究的DESY的3号光子源的拟议重建。“我不克不及包管我们会做一样的工作。”他说，“但我敢必定，其他项目也在斟酌近似的方案。”
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