世界で最も強力なX線レーザーは、大規模なオーバーホールの後、運用の準備ができています。スタンフォード大学の線形コヒーレント光源（LCLS）からの強力なアップグレードであるLCLS-IIは、深宇宙よりも低い温度を使用して、電子をほぼ光速まで加速し、1秒間に100万回のX線フラッシュを放出します。

LCLS-IIは、硬X線自由電子レーザー（XFEL）として知られているもので、顕微鏡の物体を高解像度で超高速の時間スケールで画像化するように設計された機器です。

その前身は、ウイルスを描写し、星の中心の状態を再現し、地球のコアよりも高温のプラズマ状態で水を沸騰させ、可能な限り大きな音を生成し、ネプチューンのような惑星に降る可能性のあるダイヤモンドの雨を生成するために使用されました。

最近完成した機器の第2フェーズでは、さらに多くのことが可能になります。 LCLS-IIからのX線パルスは、前任者のX線パルスよりも平均して10,000倍明るくなり、毎秒100万個のこれらのパルスを放出します。これは、元の120パルス/秒から大幅に増加します。

わずか数時間で、LCLS-IIは、現在のレーザーがその寿命全体で生成したよりも多くのX線パルスを生成します」とLCLSのディレクターであるMikeDunnは述べています。

以前は収集に数か月かかっていたデータを数分で取得できるようになりました。これにより、X線科学が次のレベルに進み、さまざまな新しい研究への道が開かれ、社会が直面している最大の課題のいくつかに対処する画期的な技術を開発する能力が拡大します。

LCLS-IIは、第1世代と同じように機能します。電子が生成され、長いチューブを加速してからアンジュレータに衝突し、X線が左右に跳ね返るまで振動します。しかし、今ではそのプロセスのすべてのステップが更新されています。

最大の変化は真ん中の加速器です。電子は以前は室温で銅パイプを介して送られていましたが、LCLS-IIは37個のクライオモジュールのセットを使用して、機器を絶対零度よりわずかに高い-271°Cまで冷却します。これは、2つの大きなヘリウム極低温ユニットからモジュールに液体ヘリウム冷却剤を供給することによって行われます。

このような低温では、モジュール内のニオブ金属空洞が超伝導になり、電子がゼロ抵抗で通過できるようになります。

マイクロ波は、これらの空洞内で共鳴する振動電場に電力を供給するために使用され、電子を通過させてエネルギーをそれらに伝達するリズムと同期します。この追加されたエネルギーは電子を加速し、37個のクライオモジュールすべてを通過するまでに、電子は光速に近い速度で移動します。

次に、電子はアンジュレータに入ります。アンジュレータは強力な磁石を使用して電子を左右に引っ張り、振動させてX線を放出します。

新しいアンジュレータは、硬X線と軟X線の両方を生成できます。これは、さまざまな目的に役立ちます。硬X線は個々の原子を詳細に表示でき、軟X線は原子と分子の間のエネルギーの流れを表示できます。

科学者によると、クライオモジュールは4月に低温に達し、これでデバイスは最初の電子でテストする準備が整いました。 LCLS-IIは年末までにX線の生成を開始する予定です。これが発生すると、施設は化学、生物学、コンピューティング、および量子力学への新しい洞察を提供することが期待されます。

出典：SLAC