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直到比来，美国只有两台运行中的粒子加快器可以或许发生100亿电子伏特或更高能量的电子束，这两台机械都年夜约有3千米长。此刻，在一项新的研究中，研究人员发现了一个只有10厘米长的装备。科学家们弥补道，这一前进可能发生的壮大的紧凑型粒子加快器可能会利用在癌症医治和新的3D芯片设计（https://spectrum.ieee.org/amd-3d-stacking-intel-graphcore）的3D成像。

新装备背后的概念在1979年初次被描写。一种极为壮大的激光照耀气体，发生等离子体，而等离子体中的波以高能束的情势将电子去除。

这些“尾流场加快器可以或许以年夜约1000倍在利用传统千米级粒子加快器的效力为单个电子供给惯性。科学家们持久以来一向认为，尾流场加快机可以将千米级举措措施缩小到房间巨细或更小。

尾流场加快器面对的一个要害问题是，因为激光和蔼体前提的细小转变，其电子束的性质会有多年夜波动。在这项新的研究中，研究人员试图利用纳米颗粒来提高尾流场加快器的不变性。

研究人员起首向布满氦气的室内的铝板发射激光脉冲。这就在气体内部发生了一团铝颗粒，每个年夜约有10纳米宽。

然后，科学家们向室内的气体和纳米颗粒夹杂物发射了世界上最壮大的脉冲激光器之一，奥斯汀的Texas Petawatt Laser。这台机械每小时可以发射一个PB瓦的激光脉冲。此次爆发将这一PB瓦（是美国装机功率的1000倍）归并成一个150飞秒的脉冲，相当在闪电延续时候的十亿分之一。

“They’ll become the cutting-edge research tools for everything from material science, bio, chemistry and more. They will enable critical research for new batteries, solar cells, designer pharmaceuticals, vaccines, drugs, and hundreds of other industries” —Bjorn Manuel Hegelich, University of Texas at Austin

纳米颗粒有助在提高从等离子体波传递给电子的能量。这项研究的资深作者、德克萨斯年夜学奥斯汀分校的物理学家Bjorn Manuel Hegelich说，这使得更多的电子呈现在需要的时辰和处所。

UNIVERSITY OF 亚新体育TEXAS AT AUSTIN

Hegelich团队的新加快器可以或许发射100亿电子伏特（10GeV）的电子束。它还可以发生4 GeV到6 GeV规模内的低能量光束。他仍是TAU Systems的开创人兼首席履行官，该公司持有该新装备专利的独家许可证。

低能量光束的近期利用包罗新的3D芯片设计的3D成像、癌症的电子疗法、太空电子的辐射测试，“和诊断 —— 它可以实现X射线引诱声学计较机断层扫描等新方式，”Hegelich说。

Hegelich说，100亿电子伏特束的最年夜利用是驱动X射线自由电子激光器，这是“最终的X射线显微镜，在空间和时候上都能实现份子分辩率”。“它们将成为材料科学、生物、化学等范畴的尖端研究东西。它们将为新电池、太阳能电池、名牌制药、疫苗、药物和数百个其他行业供给要害研究。”

Hegelich说，今朝全球只有少数这类激光器可用，“这意味着利用它们的路子和可用时候很是有限”。他弥补道，他们的研究可能会将这些机械“从校园缩小到尝试室范围，如许你便可以在每所年夜型年夜学乃至公司都有一台。这将使拜候平易近主化，使更多的研究和行业可以拜候波束时候。”

科学家们在研究进程中面对的首要挑战是，Texas Petawatt Laser天天只发射年夜约四到五次，而能量和脉冲延续时候等激光参数“可能会有很年夜的波动，由于系统的某些部门已很旧了，”Hegelich说，“整体统计数据比力匮乏。”

Hegelich说，将来，科学家们但愿利用具有更多发射率的更小激光重视复他们的研究，以搜集数据，帮忙他们“切确节制这类新机制”。Hegelich说，他们但愿将射速“从每小时一次提高到每秒100次摆布，然后再提高到每秒10000次以上”。

Hegelich说，如许的研究可以将这类基在纳米颗粒的加快器“缩小到较低的激光脉冲能量，同时保存我们不雅察到的优势”。“这将使我们可以或许用给定的激光到达更高的电子能量，或用较小的激光到达方针电子能量。”

审核编纂：刘清

原文题目：用在三维芯片扫描的微型超准直器

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