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一组科学家提出了一种改善电子束并产生更明亮的X射线束的方法：在其上放一个环。该团队包括来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员，本月初在《PhysicalReviewLetters》上发表了他们的研究结果。
在SLAC的直线加速器相干光源（LCLS）等X射线自由电子激光器上，科学家将电子束压缩和加速到接近光速，然后通过一系列磁铁来回摆动它们以产生X射线。然后，这些X射线用于研究生物，化学和材料样本，使科学家能够创建有关其分子结构如何移动的高分辨率图像。
研究人员发现，当这些电子束长而光滑时，它们最稳定，可以产生波长更均匀的更明亮的X射线，并可以提供更高分辨率的图像。SLAC科学家兼首席研究员塞尔吉奥·卡尔巴霍（SergioCarbajo）说：“但是由于电子在真空中产生时会相互排斥，因此电子束最终会变得较短且变幻莫测，就像被钉在钉子上的充气足球”。
为了解决这个问题，科学家使用了一种称为激光加热器的设备，该技术由论文合著者SLAC的HuangZhirongHuang和DanielRatner进行了长期研究。激光加热器沿着红外激光束的路径来回摇动电子束，从而使科学家可以制造更长、形状更好的束。Carbajo说：“这个过程将能量注入到电子束中，尽早引入一些混乱，可以防止线束进一步混乱。”
Carbajo说：“我们的想法是，如果我们不做任何事情来充气和平滑足球的顶端，然后再将其送入线性加速器，缺陷就会放大，光束质量也会恶化。但是，如果我们在一开始就加热电子并改变其能量分布，我们可以调整其形状以提高其到达加速器末端时的质量。”
在这项新的研究中，研究小组通过将激光束挖空成环形的“甜甜圈激光器”，对该设备进行了改进。这项新的电子整形技术可以改善不均匀性并产生更稳定的束，因为它会根据电子与环中心的接近程度来不同地摇动电子。最终结果是形状完美的足球适合在任何亚原子的超级碗中飞行。
Carbajo说：“这项技术提高了电子束的整体质量。它提供了对电子束形状的精确控制，因此在扩大依赖它们的科学仪器的性能方面具有开创性的作用，例如存储环，线性加速器和光源。”
论文标题《Laguerre-GaussianModeLaserHeaterforMicrobunchingInstabilitySuppressioninFree-ElectronLasers》。