人類史上最強(qiáng)電子束誕生了：功率相當(dāng)于100萬座核電站,，拍瓦級脈沖開啟新紀(jì)元(2)

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2025-05-12 19:13:23 騰訊新聞

為了實現(xiàn)這一壯舉，科學(xué)家們首先利用FACET-II設(shè)施提供了能量為125 MeV的電子束，然后通過一系列微波加速腔將其加速至10 GeV能量，中間穿插使用了三個束流壓縮器。能夠產(chǎn)生飛秒級電流尖峰的關(guān)鍵硬件是激光加熱器,，利用一束能量分布經(jīng)過精心設(shè)計的激光給電子束“加熱”，改變電子的能量分布，形成了“啁啾”,。在聲學(xué)和光學(xué)里，“啁啾”指的是波的頻率隨時間變化的現(xiàn)象,。而在電子束中,，啁啾指的是電子的能量分布隨時間變化，有的電子能量高,，有的電子能量低,，形成一個能量梯度?？茖W(xué)家們就是利用這種現(xiàn)象,，通過調(diào)節(jié)電子的能量分布來壓縮電子束，使其變得更短,、更密集,。

電子能量的提升意味著速度的增大，也就是更接近于光速,。由于相對論效應(yīng),，隊列的長度會縮短。從1億電子伏到100億電子伏,，可以讓隊列長度從1毫米縮短到10微米,，但這還不夠?？茖W(xué)家們還必須利用啁啾現(xiàn)象,，讓跑得快的電子多跑些路程，讓跑得慢的電子抄近路,。這就用到了名叫“減速彎”的磁鐵組件,，以及名叫“波動器”的特殊磁鐵。前者用來常規(guī)壓縮,，后者則是本次成功的關(guān)鍵,。科學(xué)家們把精心設(shè)計的激光脈沖與電子束重疊,，而波動器迫使電子左右擺動,，從而能夠與光交換能量，使得電子束額外增加了一個更有用的啁啾結(jié)構(gòu)，最終在電子束流里導(dǎo)致了一個寬度只有0.3微米的超強(qiáng)電子脈沖,。

換句話說,，科學(xué)家們通過激光和磁場的巧妙結(jié)合，把電子束“捏”成了一個極其短小,、極其密集的脈沖,，從而實現(xiàn)了有史以來最大的電流和峰值功率。

拍瓦級電子脈沖的應(yīng)用潛力非常廣泛,，幾乎可以覆蓋從基礎(chǔ)科學(xué)到實際技術(shù)的多個領(lǐng)域,。例如，它們可以用來模擬宇宙中的極端環(huán)境,，幫助我們理解天體物理學(xué)中的一些奇特現(xiàn)象,；可以用于研究強(qiáng)場量子電動力學(xué)，在極端條件下探索光與物質(zhì)的相互作用,；還可以用于超快化學(xué)反應(yīng)的研究中,，幫助我們觀察化學(xué)反應(yīng)必然涉及的量子力學(xué)過程。

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人類史上最強(qiáng)電子束誕生了：功率相當(dāng)于100萬座核電站,，拍瓦級脈沖開啟新紀(jì)元(2)

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