于耗资8.15亿美元、用时14个月的重修以后，美国数一数二的X射线同步加快器—— 一台用在研究质料以及份子原子布局的年夜型呆板，从头焕发了朝气。

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于新的APS内轮回着一束比人类头发回窄的强电子束。图片来历：ARGONNE NATIONAL LABORATORY

据《科学》报导，近日，位在阿贡国度试验室的新型进步前辈光子源（APS）向试验职员发射了第一束X射线。一旦调试终了，新的APS—— 一个1.1千米长的环形粒子加快器，将成为世界上最亮的X射线同步加快器，而这要归功在一个斗胆的维持孕育发生X射线的电子束强度的新方案。

“这是对于科学技能的开创性孝敬。”德国电子同步加快器（DESY）试验室加快器物理学家Riccardo Bartolini说。

美国布鲁克海文国度试验室加快器物理学家Timur Shaftan说：“就机能特性而言，APS确凿走于了前面。”他暗示，新光源更敞亮、更像激光的X射线束将使每一年使用APS的近6000名科学家可以或许开发新的试验技能。

当高能电子于同步加快器内轮回时，它们会发射出X射线，有点近似在越野车于转弯时踢起石头。X射线同步加快器的亮度是医用X光���机的数万亿倍，已经经多个范畴发生完全转变。

第一代X射线同步加快器源呈现于20世纪70年月，其时研究职员只是从为粒子物理试验制作的加快器中虹吸X射线。20世纪80年月，第一台公用X射线同步加快器建成。20世纪90年月呈现了第三代X射线同步加快器，包孕最初的APS，位在法国的欧洲同步辐射光源（ESRF）以及日本的8GeV超等光子环，它们使用更强、更紧凑的电子束来孕育发生更亮的X射线束。它们还使用了一种名为颠簸器的非凡磁体，使电子协同摆动，并能比第二代使用的更粗拙的摆动磁体更有用地辐射。

第四代X射线同步加快器已经经问世。2016年，瑞典的一个较小的X射线同步加快器MAX-IV部署了更多的聚焦磁铁以及弯转磁铁，以孕育发生更紧凑的电子束，从而孕育发生更慎密、更敞亮的X射线束。ESRF紧随其后，安装了一个近似设计的环——极亮源（EBS）。ESRF- EBS在2020年竣工，比旧的ESRF亮100倍，比旧的APS亮约60倍。

从2023年4月最先，工人们于不到一年的时间里拆除了了旧的APS并安装了一个新的加快器。新环的电子束以至比ESRF-EBS的电子束更紧凑，它的发射度，即光束巨细以及流传趋向的权衡尺度，只要ESRF-EBS的1/3。Bartolini说，这象征着电子束应该辐射出更敞亮、更联贯的X射线，这类X射线的作用更像是光滑的波，而不是像枪林弹雨。

设计一台具备云云低发射率光束的呆板也带来了问题。当电子于同步加快器周围扭转时，一些电子会飞出并遗失，这会减弱电子束并使X射线变暗。初期的 X 射线同步加快器解决这个问题的要领是天天两三次开释光束，然后从头最先。旧的APS开创了一种名为“增补”的技能，每一一两分钟增补一次电子束，使其可以或许24小时提供恒定亮度的X射线。但这类技能于新的APS上不起作用。

于同步加快器中，电子以小束的情势运动。“增补”技能需要找到最靠近耗尽的电子束，并经由过程注入电子来恢复它。阿贡国度试验室加快器物理学家Michael Borland说，于最初的APS中，必需将分外的电子注入到离电子束15毫米之内之处。但于新的APS体系中，这个“窗口”小在5毫米——过小了，没法击中方针。

取而代之，Borland以及同事实行了一项叫作“互换”的方案。于该方案中，高压电极将耗尽的电子束彻底踢出光束，并用一个新的完备束取代，这可以于很是小的打针孔中操作。这一操作比听起来要难，由于它必需以皮秒的精度完成。

Bartolini猜测，换出将被用在其他正于开发的第四代X射线同步加快器。此中包孕中国的高能光子源，它将在来岁最先运转，和Bartolini正于研究的DESY的3号光子源的拟议重修。“我不克不及包管咱们会做一样的工作。”他说，“但我敢必定，其他工程也于思量近似的方案。”