激光等離子加速器（LAPs）因其加速空腔的長(zhǎng)度可用厘米而不是公里（千米）來(lái)計(jì)量而被稱(chēng)為“桌面加速器”。近年來(lái)，由于技術(shù)的迅速發(fā)展，科學(xué)家有望開(kāi)發(fā)出新型實(shí)用的激光等離子加速器。與當(dāng)今傳統(tǒng)的加速器相比，激光等離子加速器不僅造價(jià)十分低廉，而且對(duì)土地和環(huán)境的影響要小得多。 '=.Uz3D'0  
    “體形”差異甚大 {Xd5e@:Js  
    激光等離子加速器的研究已有多年，并取得了可喜的進(jìn)展。2004年，美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目的科學(xué)家，首次向人們展示了具有窄發(fā)散能量的激光等離子加速器電子束；2006年，他們首次將電子能量提高到10億電子伏特。 |/;5| z  
    常規(guī)的帶電粒子（如電子）加速器有多段真空金屬腔連接而成，外加給空腔的振蕩電磁場(chǎng)讓帶電粒子被束縛在空腔內(nèi)逐級(jí)加速，導(dǎo)致帶電粒子被加速的主要因素是磁場(chǎng)加速梯度，它用每米多少伏特來(lái)表示。通常，輸出的帶電粒子能量越高，加速器的長(zhǎng)度就會(huì)越長(zhǎng)，因而加速器的長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)公里。 6DW|O<k^j  
    激光等離子加速器則不同。激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目的科學(xué)家研發(fā)的能夠產(chǎn)生10億電子伏特電子束的激光等離子加速器能夠放在手掌上，其長(zhǎng)度只有3.3厘米。當(dāng)強(qiáng)激光器將脈沖聚焦到加速器內(nèi)的自由電子和正離子時(shí)，其輻射壓導(dǎo)致電子和離子分離，產(chǎn)生出高強(qiáng)度的加速梯度。部分電子尾隨在激光脈沖后面，有些幾乎在同時(shí)達(dá)到了近光速的速度。在短距離內(nèi)，激光等離子加速器能夠維持每米數(shù)千億伏特的加速梯度，常規(guī)加速器無(wú)法與此相比。 *,*qv^  
    特性測(cè)量困難 4/WCs$  
    然而，激光等離子加速器獨(dú)特的電子加速方法和產(chǎn)生飛秒量級(jí)的電子脈沖給測(cè)量技術(shù)帶來(lái)了難題，人們一時(shí)無(wú)法測(cè)量激光等離子加速器產(chǎn)生的高能電子束的質(zhì)量。 SGd.z6"H  
    現(xiàn)在，測(cè)量難題正在被逐步解開(kāi)，這歸功于勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室加速器和聚變研究分部科學(xué)家維姆·李曼斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)。李曼斯是激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)擁有理論學(xué)家、計(jì)算機(jī)模擬專(zhuān)家和優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)人員，他們不斷改進(jìn)激光等離子加速器的性能。在研究隊(duì)伍中，不少學(xué)生為研究作出了重要的貢獻(xiàn)，并獲得了博士學(xué)位。例如，法國(guó)某綜合工科院校的研究生吉拉姆·普拉圖，他曾在項(xiàng)目中研究與激光等離子加速器產(chǎn)生的X射線相關(guān)的輻射，并將其作為自己博士論文的一部分，目前他在加州大學(xué)做博士后研究。 A#: c  
    發(fā)射度很關(guān)鍵 V2%wb\_z  
    激光等離子加速器產(chǎn)生的短電子束需要新的測(cè)量技術(shù)來(lái)了解其特性，而最具挑戰(zhàn)的性能參數(shù)為發(fā)射度（emittance）。與普拉圖共同在激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目工作的研究人員卡梅隆·格德斯說(shuō)，發(fā)射度是指電子束聚焦的好壞，小發(fā)射度意味著電子的速度方向不是隨機(jī)四散而去，它們幾乎沿著磁力線方向運(yùn)動(dòng)。 VAE?={-  
    實(shí)驗(yàn)初期，發(fā)射度并不是研究所關(guān)心的重心。李曼斯表示，開(kāi)始時(shí)，由于要獲得與電子束相關(guān)的X射線脈沖波的圖像，研究小組同德國(guó)重離子研究中心建立了合作。該中心的科學(xué)家?guī)е�高�?jí)商業(yè)相機(jī)來(lái)到勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室，幫助研究人員獲得了所需的圖像。他們?yōu)樽约核�看到的結(jié)果所鼓舞，因而希望了解利用這些圖像還能做哪些工作。 vq7%SEkES  
    實(shí)驗(yàn)室工程分部研究人員馬爾科·巴塔格利亞隨即提供了更先進(jìn)的相機(jī)，它采用堅(jiān)固和靈敏的勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室的電荷耦合器件，獲得了更佳的圖像。李曼斯認(rèn)為，他們雖不是激光等離子加速器X射線成像的第一人，但是由于新相機(jī)成像質(zhì)量的緣故，他們首次有能力仔細(xì)了解激光等離子加速器產(chǎn)生的X射線的光譜。 CD[=z)<z{  
    格德斯解釋說(shuō)，電子束的發(fā)射度能夠通過(guò)光束大小和發(fā)散角來(lái)測(cè)量。傳統(tǒng)方法是將絲線掃描儀正對(duì)著加速器產(chǎn)生的電子束測(cè)量發(fā)射度。不過(guò)，該方法能破壞低發(fā)射度的電子束。此外，在激光等離子加速器中，強(qiáng)激光能夠毀壞測(cè)量設(shè)備。 #.YcIR)  
    X射線給答案 qL.Y_,[[  
    研究小組為解決電子束發(fā)射度測(cè)量的難題，采取了用磁場(chǎng)對(duì)激光等離子加速器的電子束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的方法來(lái)測(cè)量電子束的能量，同時(shí)利用加速器產(chǎn)生的X射線的信息來(lái)推算電子束的發(fā)射度。為此，他們借助了X射線攝譜儀。 ^)l@7XxD  
    格德斯表示，在等離子中，激光尾場(chǎng)對(duì)電子束進(jìn)行加速。借助X射線成像，他們尋找到在等離子內(nèi)測(cè)量電子束質(zhì)量的方法。X射線是電子感應(yīng)加速輻射的結(jié)果，產(chǎn)生電子感應(yīng)加速輻射的原因?yàn)殡娮邮鴥?nèi)尾隨激光脈沖的加速“氣泡”。當(dāng)電子束聚集在“氣泡”內(nèi)時(shí)，它們前后搖擺，這種電子感應(yīng)加速振蕩發(fā)射出了向前的X射線，其特征是密集、明亮同時(shí)超短。 T+h{Aeg  
    激光束、電子束和X射線均沿相同的方向前行。為無(wú)干擾測(cè)量X射線，研究人員首先讓電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然而采用箔鏡讓激光發(fā)生反射，而只讓X射線脈沖通過(guò)箔鏡進(jìn)入能夠測(cè)量每個(gè)X射線輻射量子和計(jì)算出其能量的電荷耦合器相機(jī)中。雖然相機(jī)離加速器5米的距離，但是其捕捉到的密集的電子感應(yīng)加速輻射脈沖的頻譜含帶有用來(lái)測(cè)量電子束半徑所必需的信息。 re