SLAC啟動(dòng)電子槍進(jìn)行LCLS-II X射線(xiàn)激光升級(jí)

首先，連續(xù)的RF場(chǎng)在腔內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量。功率相當(dāng)于大約80個(gè)微波爐始終以全功率運(yùn)行，它可能會(huì)損壞電子槍并降低其性能。

為了處理大量電力，在伯克利實(shí)驗(yàn)室建造的LCLS-II噴槍配備了水冷卻系統(tǒng)。它也比它的前身大得多 - 幾英尺而不是直徑英寸 - 所以熱量分布在更大的表面區(qū)域。

“LCLS-II項(xiàng)目獲得了飛速發(fā)展，從伯克利實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和運(yùn)行這種獨(dú)特電子源的經(jīng)驗(yàn)中獲益，”SLAC的John Galayda表示，他最近領(lǐng)導(dǎo)了LCLS-II項(xiàng)目。“它仍然是一項(xiàng)偉大的合作，對(duì)于構(gòu)建下一代X射線(xiàn)激光器至關(guān)重要。”

另一個(gè)挑戰(zhàn)是激光系統(tǒng)，負(fù)責(zé)LCLS-II噴射器激光器的SLAC工程師Sasha Gilevich說(shuō)。

“為了有效地產(chǎn)生電子，我們希望將紫外線(xiàn)照射到光電陰極上，但是沒(méi)有商業(yè)激光系統(tǒng)能夠以每秒一百萬(wàn)個(gè)脈沖的速率提供具有LCLS-II所需的獨(dú)特特性的紫外脈沖，”她說(shuō)。“相反，我們將紅外激光的光線(xiàn)通過(guò)一個(gè)包含非線(xiàn)性晶體的光學(xué)系統(tǒng)，將其轉(zhuǎn)換成紫外光。但由于晶體產(chǎn)生的熱量，以如此高的脈沖速率進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換非?？量?，我們?nèi)匀辉趦?yōu)化我們的系統(tǒng)以獲得最佳性能。“

LCLS-II的獨(dú)特功能還將依靠高效光電陰極產(chǎn)生初始電子脈沖。它由安裝在金屬支架上的半導(dǎo)體的僅僅幾十納米厚和一厘米直徑的平盤(pán)組成。這使得電子的產(chǎn)生效率比先前使用的銅陰極高約1,000倍。

SLAC加速器物理學(xué)家Theodore Vecchione表示，這一進(jìn)展伴隨著權(quán)衡取舍：“雖然銅陰極持續(xù)了多年，但新的陰極并不是那么強(qiáng)大，可能只持續(xù)幾周。”

這就是為什么Vecchione的任務(wù)是在實(shí)驗(yàn)室建立一個(gè)設(shè)施來(lái)制造陰極庫(kù)存，這些陰極不能簡(jiǎn)單地從貨架上購(gòu)買(mǎi)，并確保在需要時(shí)可以更換LCLS-II陰極。

既然噴射器已經(jīng)產(chǎn)生了它的第一個(gè)電子，調(diào)試團(tuán)隊(duì)將在接下來(lái)的幾個(gè)月里優(yōu)化電子束的特性并自動(dòng)化噴射器控制。然而，直到明年LCLS-II的超導(dǎo)直線(xiàn)加速器安裝完畢，他們才能測(cè)試完整的噴射器，包括將加速電子能量提升到1億電子伏特的短加速器部分，以及讓它做好準(zhǔn)備，生成一些世界上見(jiàn)過(guò)的最強(qiáng)大的X射線(xiàn)。