中國科學家研製的小型化自由電子鐳射器點亮廣闊應用前景

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粒子加速器

在宇宙物質的研究中非常重要，但一直以來，我們看到的和想象中的粒子加速器往往都是一種巨大的儀器，甚至在某些情況下，它們能圍繞整個城市。現在，

科學家

們已經制造出一種小得多的版本，來為一種先進的鐳射提供動力，這種裝置可能和它龐大的同類裝置一樣有用。

我們在這裡說的這個粒子加速器是一個等離子尾場加速器，它能產生短而強烈的電子脈衝，而它所驅動的鐳射是所謂的自由電子

鐳射器

（FEL），這種鐳射器可以利用它的光來分析原子、分子和凝聚態物質，其解析度高得令人難以置信。

雖然以前也有科學家嘗試過這種情況，但由此產生的鐳射強度還不夠強，無法在較小的尺度上使用。 而這一次，中國科學院的研究人員能夠將裝置封閉在幾個正常大小的房間內，同時放大鐳射產生的最終電子束，在過程的最後一步將強度提高100倍。

參與該專案研究的中國科學院 （CAS） 物理學家表示：“我們用具有超高加速能力的鐳射電子加速器證明了新技術路線的可行性，並將設施尺寸從公里級縮小到 12 米。”

實際上，研發團隊面臨著各種挑戰，既要縮小技術規模，又要保持它的實用性。例如，他們必須將電子能量的變化縮小到只有0。5%，這需要進行一系列最佳化以控制電子加速度並確保平穩移動。

電子沿著真空管發射並透過一系列三個磁化波盪器，這些波盪器利用它們的磁場來震動電子併產生光。 發射的光將電子推回，將它們推入更小的組，然後產生鐳射束。

在保持穩定性的同時增加透過波盪器的電場，是該裝置可以做得如此緊湊的原因之一。 這意味著粒子加速器的許多優點可以應用於在單個房間內進行的實驗。

中科院的物理學家告訴我們：“

自由電子鐳射

器（FEL）的特點，包括其超高解析度的時空解析度和超強的峰值亮度，使得實現超高精度的三維多模態成像成為可能。” 。

新的裝置不僅比標準的粒子加速器和FEL配置更小，而且更便宜 —— 這也打開了各種潛在的新應用，即使該裝置不如全尺寸版本強大。

實際上，讓新的粒子加速器及其 FEL 為實驗室的正式任務做好準備，還需要更多的時間和更多的研究，但中國科學家們已經展示了縮小整個系統的可能性。

中科院的物理學家最後表示：“這項潛在技術的應用，很可能極大地擴充套件人類對生命之謎和生物革命的理解，許多令人興奮的新發現可能即將到來。”

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