Olivier Bonin/SLAC National Acce

经过近十年的开发，美国能源部斯坦福直线加速器中心 (SLAC) 的直线加速器相干光源 (LCLS) 的第二次迭代几乎准备好开始比以往更猛烈地发射光子。被称为 LCLS-II，这个价值 10 亿美元的超导粒子加速器升级将以每秒 100 万个脉冲的世界纪录速率产生比其前身高 10,000 倍的 X 射线——同时在严寒的负 456 华氏度下工作。

“在短短几个小时内，LCLS-II 将产生比当前激光器在其整个生命周期内产生的更多的 X 射线脉冲，”LCLS 主任 Mike Dunne 说。“曾经可能需要几个月才能收集的数据可以在几分钟内产生。它将把 X 射线科学提升到一个新的水平，为全新的研究范围铺平道路，并提高我们开发革命性技术以解决一些问题的能力我们社会面临的最深刻的挑战。”

最初的 LCLS 于 2009 年上线，其亮度是它所取代的加速器的 10 亿倍，但由于物理定律限制了可以同时通过加速器迷宫般的室温的电子数量，因此被限制为每秒 120 个脉冲铜管。但是通过用超过三打低温加速器模块(相互连接的空心铌串)替换这些管道，冷却到 2 开尔文(绝对零以上 4 华氏度)，SLAC 研究人员可以大幅提高加速器的输出。

“为了达到这个温度，直线加速器配备了两个世界级的氦低温装置，使 SLAC 成为美国和全球重要的低温地标之一，”SLAC 低温部门主任 Eric Fauve 说。“SLAC Cryogenics 团队在整个大流行期间一直在现场工作，以安装和调试低温系统并在创纪录的时间内冷却加速器。”

一旦电子通过所有 37 个低温模块并充分冷却，它们就会被兆瓦微波激发并加速到接近光速，并通过一串波荡器磁铁馈送，这些磁铁迫使电子束进入锯齿形图案，产生 X 射线。更重要的是，波荡器可以影响产生的 X 射线的类型——无论是用于材料成像的硬 X 射线，还是主要用于记录能量流和实时化学反应的软 X 射线。

LCLS-II 在 4 月中旬首次达到 2 开尔文大关，随着周二的宣布，现在准备开始进行研究。这预计将在今年晚些时候发生，并且可以帮助我们以比以往任何时候都更高的分辨率检查尖端材料和生物过程，推动清洁能源技术的发展，甚至通过对单个原子进行成像来解开量子领域的秘密。