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      4. X射線激光中的電子束整型

        作者:實驗幫譯 來源:物理學家組織網 時間:2020-05-02 13:51 閱讀:558 [投稿]
        為了提高電子束的質量,當在電子束沿著紅外激光束的路徑運動時,激光加熱器來回振動電子束。通過光束整型,研究小組發現它們可以生產出質量更高、更穩定的束。

        為了提高電子束的質量,當在電子束沿著紅外激光束的路徑運動時,激光加熱器來回振動電子束。通過光束整型,研究小組發現它們可以生產出質量更高、更穩定的束。

        科學家們想出這一種改進電子束并產生更亮X射線束的方法:在電子束上加一個環。這個團隊包括來自能源部斯坦福直線加速器中心和斯坦福大學的研究人員,近期,他們在《物理評論快報Physical Review Letters》雜志上發表了他們的研究成果。


        在斯坦福直線加速器中心的相干光源(LCLS)等X射線自由電子激光器中,科學家將電子束壓縮并加速到接近光速,然后通過一系列磁鐵來回擺動以產生X射線。然后,這些X射線被用于研究生物、化學和材料樣品,使科學家能夠創建其分子結構如何移動的高分辨率圖像。

        研究人員發現,這些電子束長而光滑時最穩定,就像美式足球,能產生波長更均勻、更明亮的X射線,并能產生更高分辨率的圖像。但是,由于電子在真空中產生時相互排斥,電子束變得更短,而且不可預測地不均勻,“就像一個被釘子扎到的癟了氣的足球,”斯坦福直線加速器中心的科學家和首席研究員塞爾吉奧·卡巴喬(Sergio Carbajo)說。

        使足球膨脹

        為了解決這個問題,科學家們使用了一種叫做激光加熱器的裝置,這項技術早就在斯坦福直線加速器中心由Zhirong Huang和丹尼爾·拉特納(Daniel Ratner)共同研究過。激光加熱器沿著紅外激光束的路徑來回搖晃電子束,使科學家能夠制造出更長、形狀更好的束?ò蛦陶f,這一過程將能量注入束流,“在早期引入一點混亂,以防止更多的混亂!。

        他說:“我們的想法是,如果在把足球送入直線加速器之前,我們不采取任何措施,使足球的尖刺膨脹和平滑,那么缺陷就會擴大,光束質量就會惡化。但是,如果我們在一開始就“加熱”電子并改變其能量分布,我們就可以調整其形狀,以便在電子到達加速器末端時提高其質量!

        “甜甜圈激光”

        在這項新的研究中,研究小組改進了這一裝置,將激光束空化成環形的“環形激光器”。這項新的電子成形技術改善了不均勻性,并產生了一個更穩定的束,因為根據電子離環中心的距離,它對電子的震動不同。最終的結果是一個完美的形狀足球適合在任何亞原子“超級碗”中飛行。

        卡巴喬說:“這項技術提高了電子束的整體質量。它提供了對電子束形狀的精確控制,因此在放大依靠電子束的科學儀器(如儲存環、直線加速器和光源)的性能方面具有開創性意義!

        原文來源:https://phys.org/news/2020-04-electron-bunch-x-ray-laser-scientists.html 

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