粒子加速器產(chǎn)生高能量的電子，質(zhì)子和離子束，用于廣泛的應(yīng)用，包括對(duì)自然亞原子成分發(fā)光的粒子對(duì)撞機(jī)，在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中成膜原子和分子的X射線激光以及用于治療癌癥的醫(yī)療設(shè)備。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，加速器越長(zhǎng)，功能越強(qiáng)大?，F(xiàn)在，由能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型的加速器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在給定的距離內(nèi)能提供的能量增益是傳統(tǒng)方法的10倍。這可以使給定應(yīng)用程序中使用的加速器縮短10倍。

最近在《應(yīng)用物理快報(bào)》上發(fā)表的一篇文章中描述了該技術(shù)背后的關(guān)鍵思想，即使用太赫茲輻射來(lái)增強(qiáng)粒子能量。

在當(dāng)今的加速器中，粒子從射頻(RF)場(chǎng)中汲取能量，將其饋入特定形狀的加速器結(jié)構(gòu)或空腔中。每個(gè)腔在給定的距離內(nèi)只能提供有限的能量提升，因此需要非常長(zhǎng)的腔串才能產(chǎn)生高能束。

太赫茲和無(wú)線電波都是電磁輻射。它們各自的波長(zhǎng)不同。因?yàn)樘掌澆ū葻o(wú)線電波短10倍，所以太赫茲加速器中的空腔也可以小得多。實(shí)際上，這項(xiàng)研究中發(fā)明的只有0.2英寸長(zhǎng)。

制造這些微小的腔體結(jié)構(gòu)的主要挑戰(zhàn)是對(duì)其進(jìn)行非常精確的加工。在過(guò)去的幾年中，SLAC團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種方法來(lái)做到這一點(diǎn)。他們沒(méi)有使用傳統(tǒng)的將多層銅相互堆疊的方法，而是通過(guò)加工兩半并將它們粘合在一起來(lái)構(gòu)建微小的結(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)的銅結(jié)構(gòu)相比，新結(jié)構(gòu)還產(chǎn)生了比傳統(tǒng)的銅結(jié)構(gòu)短一千倍的粒子脈沖，該粒子脈沖可用于產(chǎn)生更高頻率的光束，并在給定的時(shí)間內(nèi)釋放更多的能量。

接下來(lái)，研究人員正計(jì)劃將本發(fā)明轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訕?一種可以為發(fā)現(xiàn)科學(xué)產(chǎn)生令人難以置信的明亮電子束的設(shè)備，其中包括下一代X射線激光器和電子顯微鏡，它們可以使我們實(shí)時(shí)了解如何自然在原子水平上起作用。這些光束也可以用于癌癥治療。

發(fā)揮這種潛力還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)太赫茲輻射源，并將其與先進(jìn)的加速器集成在一起，例如本研究中所述的那種。因?yàn)樘掌澼椛渚哂腥绱硕痰牟ㄩL(zhǎng)，所以其來(lái)源特別難以開(kāi)發(fā)，并且目前幾乎沒(méi)有可用的技術(shù)。SLAC研究人員正在追求產(chǎn)生電子束和基于激光的太赫茲信號(hào)，以提供將加速器研究轉(zhuǎn)化為未來(lái)實(shí)際應(yīng)用所需的高峰值功率。