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軍工航天新聞

美國能源部建造世界上最亮的X射線激光器

星之球科技 來源:cnbeta2021-12-31 我要評論(0 )   

在距離斯坦福大學(xué)一箭之遙的地下30英尺處,科學(xué)家們正在對一臺激光器進(jìn)行收尾工作,這可能從根本上改變他們研究宇宙組成部分的方式。明年完工后,林納克相干光源II,或...

在距離斯坦福大學(xué)一箭之遙的地下30英尺處,科學(xué)家們正在對一臺激光器進(jìn)行收尾工作,這可能從根本上改變他們研究宇宙組成部分的方式。明年完工后,林納克相干光源II,或稱LCLS-II,將成為美國能源部SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的第二個世界級X射線激光器。

第一臺LCLS自2009年開始運(yùn)行,創(chuàng)造了每秒120個光脈沖的光束。LCLS-II將能夠達(dá)到每秒100萬個脈沖,光束亮度是其前身的10000倍。它能夠制造所有低于飛秒的脈沖。飛秒之于一秒,就像一秒鐘之于宇宙的年齡。激光器的脈沖速度如此之快,它將使以前不可能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)成為可能。

你可以把LCLS想成是一個具有原子分辨率的顯微鏡。它的核心是一個粒子加速器,來加速帶電粒子并將它們導(dǎo)入光束的裝置。然后,該光束通過一系列交替的磁鐵(一個稱為起伏器的裝置),產(chǎn)生X射線??茖W(xué)家們可以使用這些X射線來創(chuàng)造他們稱之為分子電影的東西。這些是原子和分子運(yùn)動的快照,在幾萬億分之一秒內(nèi)被捕獲,并像電影一樣串聯(lián)起來。幾乎所有科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家都從世界各地趕來,用LCLS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。除其他外,他們的分子電影顯示了正在發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),展示了恒星內(nèi)部原子的行為,并制作了詳細(xì)描述光合作用過程的現(xiàn)場快照。

盡管這兩種激光器都能將電子加速到接近光速,但它們各自的方式不同。LCLS-II被設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)行,這意味著它將產(chǎn)生大量的熱量。一個銅腔會吸收太多的熱量。這就是為什么工程師們轉(zhuǎn)向了一個新的超導(dǎo)加速器,它由幾十個40英尺長的設(shè)備組成,稱為低溫模塊,設(shè)計(jì)為在絕對零度以上(-456華氏度)運(yùn)行。它們由地面上的一個巨大的低溫工廠保持在工作溫度。

LCLS-II將允許科學(xué)家回答他們多年來一直試圖解決的問題,包括分子系統(tǒng)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移是如何發(fā)生的?電荷轉(zhuǎn)移是如何發(fā)生的?一旦我們理解了其中的一些原理,我們就可以開始應(yīng)用它們來理解我們?nèi)绾文軌蜻M(jìn)行人工光合作用,我們?nèi)绾文軌蚪ㄔ旄玫奶柲茈姵亍?/p>


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