中国科学家研制的小型化自由电子激光器点亮广阔应用前景

粒子加速器在宇宙物质的研究中非常重要，但一直以来，我们看到的和想象中的粒子加速器往往都是一种巨大的仪器，甚至在某些情况下，它们能围绕整个城市。现在，科学家们已经制造出一种小得多的版本，来为一种先进的激光提供动力，这种装置可能和它庞大的同类装置一样有用。

我们在这里说的这个粒子加速器是一个等离子尾场加速器，它能产生短而强烈的电子脉冲，而它所驱动的激光是所谓的自由电子激光器（FEL），这种激光器可以利用它的光来分析原子、分子和凝聚态物质，其分辨率高得令人难以置信。

虽然以前也有科学家尝试过这种情况，但由此产生的激光强度还不够强，无法在较小的尺度上使用。 而这一次，中国科学院的研究人员能够将装置封闭在几个正常大小的房间内，同时放大激光产生的最终电子束，在过程的最后一步将强度提高100倍。

参与该项目研究的中国科学院 (CAS) 物理学家表示：“我们用具有超高加速能力的激光电子加速器证明了新技术路线的可行性，并将设施尺寸从公里级缩小到 12 米。”

实际上，研发团队面临着各种挑战，既要缩小技术规模，又要保持它的实用性。例如，他们必须将电子能量的变化缩小到只有0.5%，这需要进行一系列优化以控制电子加速度并确保平稳移动。

电子沿着真空管发射并通过一系列三个磁化波荡器，这些波荡器利用它们的磁场来震动电子并产生光。 发射的光将电子推回，将它们推入更小的组，然后产生激光束。

在保持稳定性的同时增加通过波荡器的电场，是该装置可以做得如此紧凑的原因之一。 这意味着粒子加速器的许多优点可以应用于在单个房间内进行的实验。

中科院的物理学家告诉我们：“自由电子激光器（FEL）的特点，包括其超高分辨率的时空分辨率和超强的峰值亮度，使得实现超高精度的三维多模态成像成为可能。” .

新的装置不仅比标准的粒子加速器和FEL配置更小，而且更便宜 —— 这也打开了各种潜在的新应用，即使该装置不如全尺寸版本强大。

实际上，让新的粒子加速器及其 FEL 为实验室的正式任务做好准备，还需要更多的时间和更多的研究，但中国科学家们已经展示了缩小整个系统的可能性。

中科院的物理学家最后表示：“这项潜在技术的应用，很可能极大地扩展人类对生命之谜和生物革命的理解，许多令人兴奋的新发现可能即将到来。”

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