科学家们驯服电子束，以产生带有“甜甜圈激光”的更亮的X射线束

为了提高电子束的质量，激光加热器在遵循红外激光束的路径后来回摇晃它们。通过挖空梁，团队发现它们可以产生更高的质量和更稳定的束。

新的研究表明，当一束电子通过环形激光束中间缩小时，束可以以更高的质量卷起来并产生更亮的X射线束。

一个科学家团队提出了一种改进电子束的方法，并生产更亮的X射线束：把戒指放在上面。该团队，其中包括来自能源部斯特克斯国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员，本月早些时候发布了他们的物理审查信中的结果。

在X射线自由电子激光器，如Slac'slinac相干光源（LCLS），科学家们压缩和加速电子束到几乎光速，然后通过一系列磁体来回旋转它们以产生X射线。然后使用这些X射线来研究生物，化学和材料样本，使科学家能够创造其分子结构如何移动的高分辨率图像。

研究人员发现，当它们长而平滑时，这些电子束最稳定，如美式足球，生产更均匀的波长和允许更高分辨率的图像的更亮的X射线。但是，因为电子在真空中产生时击退，所以束缚最终更短，不可预测地不均匀，“像尖峰覆盖的放气足球，”Slac科学家和主要调查员Sergio Carbajo说。

膨胀足球

为了解决这个问题，科学家们使用称为激光加热器的装置，这是一项长期以来一直在SLAC学习的技术，通过共同作者联合Huang和Daniel Ratner。激光加热器在遵循红外激光束的路径之后来回摇晃电子束，使科学家能够创造更长，更好的束。这个过程将能量注射到束中，“早期引入一点混乱，以防止更多混乱，”Carbajo说。

“这个想法是，如果我们没有做任何事情来充气和平滑足球尖峰，请在向下送到线性加速器之前，缺陷会放大，梁的质量会劣化，”他说。“但是如果我们”加热“电子并在开始时改变其能量分布，我们就可以根据加速器结束时量身定制其形状以提高其质量。”

'甜甜圈激光'

在这项新研究中，该团队通过储存激光束进入环形的“甜甜圈激光器”来改善该装置。这种新的电子整形技术改善了不均匀性并产生更稳定的束，因为它根据它们的中心的靠近靠近闭合而不同地摇晃电子。最终结果是一个完美形状的足球配合，以在任何亚底的超级碗中飞行。

“这种技术增加了电子束的整体质量，”Carbajo说。“它提供精确的控制电子束形状，因此可以是依赖于它们的科学仪器的性能的精确控制，例如储存环，线性加速器和光源。”

参考：“Laguerre-Gaussian Mode激光加热器，用于自由电子激光器微型卷积不稳定抑制”，由Jingyi Tang，Randy Lemons，Wei Liu，Sharon Vetter，Timothy Maxwell，Franz-Josef Decker，Alberto Lutman，Jacek Krzywinski，Gabriel Marcus，Stefan Moeller，联龙黄，丹尼尔·塔尔和塞尔吉奥卡巴霍，2020年3月30日，物理审查信.DOI：
10.1103 / physrevlett.124.134801

LCLS是美国能源部科学办公室的用户设施。从斯坦福和兰迪·莱曼的研究生景之唐分别在科罗拉多州矿山学院发挥了关键作用，分别分析了数据并在实验室中产生了甜甜圈激光束。该研究部分受到科学办公室和实验室指导研发计划的支持。