世界最亮X光機開機

參考消息網9月22日報道據英國《新科學家》周刊網站9月18日報道，世界上最亮的X光機剛剛產生了它的第一束破紀錄的X射線，這將使研究人員能夠以無與倫比的細節觀察原子、分子和化學反應。

這臺X光機——美國加利福尼亞州SLAC國家加速器實驗室的直線加速器相干光源Ⅱ(LCLSⅡ)X射線激光器——最近完成了一項十多年前開始的升級過程。它目前所產生的X射線亮度平均是原有LCLS所產生的X射線亮度的1萬倍。

LCLSⅡ通過涉及激光、電子、微波和磁鐵的復雜過程產生X射線。首先，研究人員使用紫外線激光將電子從銅板中敲出，然后用發射強烈微波脈沖的裝置加速這些電子。這些電子隨后穿過由數千個磁體組成的迷宮。這使得它們來回擺動，并以可預測、受良好控制的爆發方式發射X射線。研究人員將這些脈沖引導到物體和材料上，對其內部結構進行成像。

LCLSⅡ產生的X射線變得如此明亮，部分原因是SLAC團隊用鈮制成的襯里翻新了電子穿過的3公里長的金屬管。當冷卻到零下271攝氏度時，鈮可以承受暴露在前所未有的高能電子中。為了使金屬管保持適當的冷卻，研究小組不得不在地下安裝一個巨大的低溫裝置。

SLAC的邁克·鄧恩說，還有其他工程方面的挑戰：迷宮磁體必須極其精確地校準，以確保X射線脈沖具有正確的形狀。他說：“該系統的每個部分都必須同時正常工作。”

鄧恩及其同事于2022年9月開始發送電子穿過鈮管。在過去12個月里，他們一直在校準這臺機器的每一個部件，并逐步提高其功率。

澳大利亞樂卓博大學的納迪婭·扎采平說：“這是一個令人難以置信的過程，它見證了這項用于觀察自然活動的破壞性但強大的新技術的發明和建成。一開始，有很多懷疑論者，他們說這臺鬧哄哄、不穩定的機器野獸——第一臺LCLS——永遠不會帶來新的科學。如今，十多年過去了，使用這些X射線已經很成熟，使我們能夠以前所未有的細節觀察生化過程是如何在原子尺度上發生的。”

扎采平說，LCLSⅡ將使研究人員能夠制作生物學過程的“分子電影”，比如哺乳動物視覺、光合作用、藥物結合和基因調控等。

鄧恩說，這臺機器不僅能夠產生明亮的X射線，而且能夠在極短的時間內產生大量X射線，這將使研究人員能夠看到技術上重要的材料內部發生了什么，例如用于人工光合裝置或下一代半導體的材料。他說，此外，在量子水平上沒有被完全理解的更奇特的材料——超導體或所謂的拓撲相——可以通過用LCLSⅡ的X射線進行研究來揭開它們的神秘面紗。

鄧恩說：“這是一個用途非常廣泛的科學工具，就像一個強大的顯微鏡，可以研究從量子材料、生物系統、催化化學到原子物理學的一切，它將研究所有這些，還有很多很多。”