功率提高3000倍，美国实验室研制世界上最强大的X射线激光器

美国研制世界上最强大的X射线激光器

美国 SLAC 国家加速器实验室的直线加速器相干光源（ LCLS ）是世界上最强大的 X 射线激光器。即便如此，该实验室将对这个激光器将进行重大升级， 升级后的X 射线能量将增加惊人的3000倍。

升级完成后，将帮助科学家们将在生物学、材料科学、量子物理等诸多领域探索原子尺度的过程。

LCLS由美国能源部（DOE）资助，是世界上最强大的X射线机器，也是第一台用自由电子激光器产生硬X射线或高能X射线的机器。

该设施于2009年开始运作，但于2023年进行重大升级。它增加了一个超导加速器和一种叫做波动器的磁性结构，可以产生软的和硬的X射线束。这次升级被称为LCLS-II，使该设备能够每秒产生100万次X射线脉冲。

现在，美国能源部批准了另一项升级，即LCLS-II HE（高能），它将使来自超导加速器的电子束的能量翻倍，从而使X射线的能量翻倍。

LCLS-II-HE升级

LCLS-II升级版中的超导加速器由37个低温模块组成，这些模块可以被冷却至-456华氏度（-271摄氏度），从而将电子提升至高能，而能量损失可以忽略不计。

对于高能升级，LS LS将获得一组23个新的低温模块，每个模块都包含8个超导射频腔，这将有助于提供卓越的性能。

模块由美国能源部费米国家加速器实验室（费米实验室）和托马斯杰斐逊国家加速器设施（杰斐逊实验室）建造。

第一个低温模块是用LS LS-II的备用零件制造的原型，使用该实验室有所有的组件。生产线投产后，平均每六周就能生产一个单元。它们都计划在2026年安装在加速器隧道中。

再次升级X射线激光器

LCLS-II升级在 2023 年才完成，它必须设计和安装世界上第一个连续波（CW）超导加速器，这意味着它以非常高的重复率提供连续脉冲流。为了确保它能发挥作用，决定在LCLS-II项目中安装4 GeV ，这足以推动LCLS的“软X射线”的科学研究

由于超导加速器技术已经成熟，使得LS LS-II-HE项目能够在不增加元件数量的情况下将加速器的能量从4 GeV 提高到8 GeV ，这将使研究人员首次能够以这种高重复率获得“硬X射线制度”。

LCLS-II的升级能够捕捉清晰而细致的图像，那么LCLS-I-HE的升级将大大提高相机的分辨率和灵敏度。科学家将能够对材料、化学系统和生物复合体的原子尺度运动进行成像，以解决现代社会所面临的许多最关键的挑战。