【48812】重建的美国X射线源迎来重生

  在耗资8.15亿美元、历时14个月的重建之后，美国名列前茅的X射线同步加速器—— 一台用于研讨资料和分子原子结构的大型机器，从头焕发了活力。

  据《科学》报导，近来，坐落阿贡国家试验室的新式先进光子源（APS）向试验人员发射了榜首束X射线。一旦调试结束，新的APS—— 一个1.1公里长的环形粒子加速器，将变成全球上最亮的X射线同步加速器，而这要归功于一个斗胆的保持发生X射线的电子束强度的新计划。

  “这是对科学技能的创始性奉献。”德国电子同步加速器（DESY）试验室加速器物理学家Riccardo Bartolini说。

  美国布鲁克海文国家试验室加速器物理学家Timur Shaftan说：“就功能特征而言，APS的确走在了前面。”他表明，新光源更亮堂、更像激光的X射线束将使每年运用APS的近6000名科学家能够开发新的试验技能。

  当高能电子在同步加速器内循环时，它们会发射出X射线，有点相似于越野车在转弯时踢起石头。X射线同步加速器的亮度是医用X光机的数万亿倍，现已多个范畴发生彻底改变。

  榜首代X射线时代，其时研讨人员仅仅从为粒子物理试验制作的加速器中虹吸X射线时代，榜首台专用X射线时代呈现了第三代X射线同步加速器，包含开端的APS，坐落法国的欧洲同步辐射光源（ESRF）和日本的8GeV超级光子环，它们运用更强、更紧凑的电子束来发生更亮的X射线束。它们还运用了一种名为动摇器的特别磁体，使电子协同摇摆，并能比第二代运用的更粗糙的摇摆磁体更有效地辐射。

  第四代X射线年，瑞典的一个较小的X射线同步加速器MAX-IV布置了更多的聚集磁铁和弯转磁铁，以发生更紧凑的电子束，由此发生更严密、更亮堂的X射线束。ESRF紧随其后，安装了一个相似规划的环——极亮源（EBS）。ESRF- EBS于2020年竣工，比旧的ESRF亮100倍，比旧的APS亮约60倍。

  从2023年4月开端，工人们在不到一年的时间里拆除了旧的APS并安装了一个新的加速器。新环的电子束乃至比ESRF-EBS的电子束更紧凑，它的发射度，即光束巨细和传达趋势的衡量标准，只要ESRF-EBS的1/3。Bartolini说，这在某种程度上预示着电子束应该辐射出更亮堂、更连接的X射线，这种X射线的效果更像是滑润的波，而不是像刀光剑影。

  规划一台具有如此低发射率光束的机器也带来了问题。当电子在同步加速器周围旋转时，一些电子会飞出并丢掉，这会削弱电子束并使X射线变暗。前期的 X 射线同步加速器处理这一个问题的办法是每天两三次开释光束，然后从头开端。旧的APS创始了一种名为“弥补”的技能，每一两分钟弥补一次电子束，使其能够24小时供给稳定亮度的X射线。但这种技能在新的APS上不起效果。

  在同步加速器中，电子以小束的方式运动。“弥补”技能需求找到最接近耗尽的电子束，并经过注入电子来康复它。阿贡国家试验室加速器物理学家Michael Borland说，在开端的APS中，有必要将额定的电子注入到离电子束15毫米以内的当地。但在新的APS体系中，这个“窗口”小于5毫米——太小了，无法击中方针。

  取而代之，Borland和搭档施行了一项叫作“交流”的计划。在该计划中，高压电极将耗尽的电子束彻底踢出光束，并用一个新的完好束替代，这能够在十分小的注射孔中操作。这一操作比听起来要难，由于它有必要以皮秒的精度完结。

  Bartolini猜测，换出将被用于其他正在开发的第四代X射线同步加速器。这中心还包含我国的高能光子源，它将于下一年开端运转，以及Bartolini正在研讨的DESY的3号光子源的拟议重建。“我不能够保证咱们会做相同的工作。”他说，“但我敢肯定，其他项目也在考虑相似的计划。”