SLAC发明可以使粒子加速器缩小10倍

粒子加速器产生高能量的电子，质子和离子束，用于广泛的应用，包括对自然亚原子成分发光的粒子对撞机，在化学反应过程中成膜原子和分子的X射线激光以及用于治疗癌症的医疗设备。

根据经验，加速器越长，功能越强大。现在，由能源部SLAC国家加速器实验室的科学家领导的一个团队发明了一种新型的加速器结构，该结构在给定的距离内能提供的能量增益是传统方法的10倍。这可以使给定应用程序中使用的加速器缩短10倍。

最近在《应用物理快报》上发表的一篇文章中描述了该技术背后的关键思想，即使用太赫兹辐射来增强粒子能量。

在当今的加速器中，粒子从射频(RF)场中汲取能量，将其馈入特定形状的加速器结构或空腔中。每个腔在给定的距离内只能提供有限的能量提升，因此需要非常长的腔串才能产生高能束。

太赫兹和无线电波都是电磁辐射。它们各自的波长不同。因为太赫兹波比无线电波短10倍，所以太赫兹加速器中的空腔也可以小得多。实际上，这项研究中发明的只有0.2英寸长。

制造这些微小的腔体结构的主要挑战是对其进行非常精确的加工。在过去的几年中，SLAC团队开发了一种方法来做到这一点。他们没有使用传统的将多层铜相互堆叠的方法，而是通过加工两半并将它们粘合在一起来构建微小的结构。

与传统的铜结构相比，新结构还产生了比传统的铜结构短一千倍的粒子脉冲，该粒子脉冲可用于产生更高频率的光束，并在给定的时间内释放更多的能量。

接下来，研究人员正计划将本发明转变为电子枪-一种可以为发现科学产生令人难以置信的明亮电子束的设备，其中包括下一代X射线激光器和电子显微镜，它们可以使我们实时了解如何自然在原子水平上起作用。这些光束也可以用于癌症治疗。

发挥这种潜力还需要进一步开发太赫兹辐射源，并将其与先进的加速器集成在一起，例如本研究中所述的那种。因为太赫兹辐射具有如此短的波长，所以其来源特别难以开发，并且目前几乎没有可用的技术。SLAC研究人员正在追求产生电子束和基于激光的太赫兹信号，以提供将加速器研究转化为未来实际应用所需的高峰值功率。

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