世界纪录：等离子体加速器全天候运行

DESY的一组研究人员在通往未来粒子加速器的道路上达到了一个重要的里程碑。一台所谓的激光等离子体加速器首次在连续产生电子束的情况下运行了一天多。由DESY和汉堡大学联合开发和运营的LUX光束线实现了30小时的运行时间。该小组负责人、DESY&39；的安德烈亚斯·R·迈尔(Andreas R.Maier)表示，这让我们离这项创新的粒子加速器技术的稳定运行又近了一大步。DESY加速器事业部主任维姆·利曼斯(Wim Leemans)补充说，科学家们在“物理评论”(Physical Review)杂志上报告了他们的记录，将激光等离子体加速从实验室转移到实际应用的时机已经成熟。物理学家们希望，激光等离子体加速技术将导致新一代强大而紧凑的粒子加速器，为广泛的应用提供独特的性能。在这项技术中，激光或高能粒子束在细毛细管内产生等离子体波。等离子体是一种气体分子中的电子被剥离的气体。勒克斯使用氢气作为气体。

在DESY、汉堡大学和马克斯·普朗克协会的合资企业自由电子激光科学中心(CFEL)工作的迈尔解释说，他们以狭窄圆盘的形式犁过气体，从氢分子中剥离电子，像扫雪机一样将它们扫到一边。脉冲后的电子被它们前面的带正电的等离子体波加速--就像滑水板运动员在船尾后面的波浪上滑行一样。

这一现象使得激光等离子体加速器可以获得比当今最强大的机器所能提供的高达一千倍的加速强度。等离子加速器将使系统更加紧凑和强大，可用于从基础研究到医学的广泛应用。在这些设备投入实际使用之前，还需要克服一些技术挑战。迈尔解释说，既然我们现在能够更长时间地运营我们的光束线，我们将处于更好的地位来应对这些挑战。

在破纪录的不间断操作中，物理学家们加速了超过10万个电子束，每秒一个。多亏了这个庞大的数据集，加速器、激光和束流的性质可以更精确地进行关联和分析。迈尔说，例如，我们可以追溯到激光器中特定的点，这样我们现在就可以准确地知道要产生更好的粒子束，我们需要从哪里开始才能产生更好的粒子束。利曼斯解释说，这种方法为主动稳定光束奠定了基础，比如世界上每一个高性能加速器上都部署了这种方法。

根据迈尔的说法，成功的关键是结合了两个不同领域的专业知识：等离子体加速和稳定加速器操作的技术诀窍。迈尔强调，DESY在这方面是世界上无与伦比的。据他说，许多因素促成了加速器稳定的长期运行，从真空技术和激光专业知识到全面和复杂的控制系统。据迈尔报道，原则上，系统本可以继续运行更长时间，但我们在30小时后停止了运行。从那时起，我们又重复了三次这样的运行。

这项工作证明了加速器可以产生可重现和可控制的输出。这为进一步开发这项技术提供了具体的基础，以便在DESY和其他地方建立基于未来的光源，Leemans总结道。更多信息：Andreas R.Maier等人，解码激光等离子体加速器中的能量可变性来源，物理评论X(2020)。网址：10.1103/PhysRevX.10.031039