據英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站18日報道，美國斯坦福SLAC國家加速器實(shí)驗室的Linac相干光源Ⅱ（LCLS-Ⅱ）X射線(xiàn)激光器剛剛完成歷時(shí)十多年的升級，“改頭換面”后成為目前世界上最亮的X射線(xiàn)設施，并發(fā)出了第一束亮度破紀錄的X射線(xiàn)，使研究人員能以無(wú)與倫比的細節記錄光合作用等生物化學(xué)反應中原子和分子的行為。

SLAC國家加速器實(shí)驗室升級了其直線(xiàn)加速器相干光源X射線(xiàn)自由電子激光器。
圖片來(lái)源：格雷戈·斯圖爾特/SLAC國家加速器實(shí)驗室

LCLS-Ⅱ通過(guò)一個(gè)復雜的過(guò)程產(chǎn)生X射線(xiàn)。首先，研究人員使用紫外線(xiàn)激光器將電子從銅板中分離出來(lái)，然后用強烈的微波脈沖加速電子，這些電子隨后穿過(guò)由數千塊磁鐵組成的“迷宮”。在此過(guò)程中，這些電子會(huì )來(lái)回擺動(dòng)，并以可預測且可控的方式發(fā)射X射線(xiàn)。研究人員將這些X射線(xiàn)脈沖引導到物體上，可以對其內部結構進(jìn)行成像。

LCLS-Ⅱ產(chǎn)生的X射線(xiàn)的亮度是醫療領(lǐng)域使用的X射線(xiàn)的1萬(wàn)億倍，是其“前任”LCLS產(chǎn)生的X射線(xiàn)的1萬(wàn)倍。

SLAC的邁克·鄧恩解釋說(shuō)，X射線(xiàn)的亮度之所以被提高，部分原因是他們翻新了3公里長(cháng)的金屬管，電子會(huì )通過(guò)該帶有鈮內襯的金屬管。當被冷卻到-271℃左右時(shí)，鈮可以承受前所未有的高能電子。

澳大利亞樂(lè )卓博大學(xué)的納迪亞·扎澤平指出，LCLS-Ⅱ讓研究人員能以前所未有的細節觀(guān)察原子尺度上的生物化學(xué)過(guò)程是如何發(fā)生的，使制作生物學(xué)過(guò)程的“分子電影”成為可能，比如哺乳動(dòng)物視覺(jué)成像過(guò)程、光合作用、藥物結合和基因調控等。

鄧恩也表示，LCLS-Ⅱ能在極短時(shí)間內產(chǎn)生大量明亮的X射線(xiàn)，可以讓研究人員看到材料內部發(fā)生了什么，比如用于人工光合設備或下一代半導體的材料、超導體等。LCLS-Ⅱ是一種用途非常廣泛的研究工具，就像一個(gè)強大的顯微鏡，可以觀(guān)察從量子材料到生物系統，從催化化學(xué)到原子物理的一切細節。