SLAC研究人员找到可提高X射线激光亮度和功率的方法真相还有哪些？

　　尽管过去十年 X 射线自由电子激光 科学取得了巨大进步，但未来的应用仍然需要完全相干、稳定的 X 射线，而现有 X 射线 FEL 设施尚未证明这一点。

　　乍一看，使用镜子捕捉 X 射线是不可能的。但只要有必要的存储设备和创造性思维，这样的概念在像 LCLS-II 这样的高重复率加速器上是可行的。

　　研究人员研究了腔基 X 射线自由电子激光器 。在这个概念中，加速器设施（例如 SLAC 的加速器设施）产生的非相干 X 射线脉冲被可能长达数百米或可能超过一公里的中空结构捕获。

　　现在，来自能源部SLAC 国家加速器实验室的研究人员已经计算出如何通过在 XFEL 周围构建特殊的腔室和金刚石镜，使 XFEL 的 X 射线脉冲变得更亮、更可靠。

　　研究人员使用了复杂的晶体腔和镜子系统，而不需要非常长和复杂的腔。

　　SLAC 科学家兼论文合著者 Jingyi Tang 表示：“产生相干、更高亮度 X 射线的动机是研究现实世界的材料以及这些材料在不同条件下会发生什么。我们希望研究更具动态性且难以捕获的系统。”

　　在腔体内，X 射线从四个金刚石反射镜上反射，这些金刚石反射镜以矩形圈的形式传递 X 射线脉冲。加速器内的下一个电子束向它们行进，同时脉冲在腔内运行。

　　当电子束到达时，弹跳的X 射线脉冲会发生反应，将其收紧并排列。当在波荡器中扭转时，这个更紧密的电子团会在加速器下方产生更连贯、更明亮的 X 射线。

　　在进行新的计算之前，专家们认为，要维持 X 射线脉冲在腔体周围反弹时的功率，就需要紧密间隔的电子束或长达数公里的腔体，这使得这一概念的实施变得更加困难。

　　SLAC 科学家兼合著者章震表示：  “我们证明，即使强大的 XFEL 以较低的重复率运行，高质量的腔系统也可能只需要 100-300 米长，这意味着电子束之间的空间更大”。

　　这种新颖设计的关键是管理专家所说的腔体品质因数 Q。腔体中镜子的反射率由品质因数表示。高 Q 值表示非常高的反射率，允许 X 射线能量在腔内以最小的损失再循环。Q 值较低表示反射率降低，这意味着相当一部分 X 射线离开腔体并沿着加速器传输。

　　当 X 射线在较短的腔内再循环而不与电子束相互作用时，Q 值保持非常高。当这些 X 射线与传入的电子束接触时，研究人员可以仔细调节放大的 X 射线波长和光谱，以改变腔 Q 值，这一过程称为 Q 开关。这意味着当 X 射线有足够的功率逃离腔体并沿着加速器传播到实验时，他们可以降低 Q 值。

　　研究人员可以通过调节 Q 值，让相干 X 射线脉冲在腔体和反射镜系统周围循环多次。由于相干 X 射线脉冲现在可以以最小的损耗在系统中传播，因此它们有更多的时间来建立功率，减少所需的腔长并产生高输出功率的X射线。

　　科学家指出，  “实验的最初目标是展示X射线经过腔体再循环后功率的增加，并观察腔体的性能。在达到实验的初始目标后，还可以在此类 CBXFEL 系统上测试 Q 开关。”