外國大學開發緊湊型X射線自由電子激光器，推動科學新突破

    2025年3月18日，亞利桑那州立大學（ASU）在X射線自由電子激光器（XFEL）技術領域取得了重大突破，正在努力開發世界上第一個緊湊型XFEL版本，即CXFEL。這一創新技術有望為科學研究和應用帶來深遠的影響。

    一、XFEL技術及其應用

    X射線自由電子激光器（XFEL）是一種能夠產生超短、超亮X射線脈沖的先進光源，它使科學家能夠實時觀察原子和分子尺度的事件。這種技術在生物化學、微電子、生物能源、藥物發現和開發、量子計算等領域具有廣泛的應用前景。例如，XFEL可以幫助科學家觀察病毒如何與細胞結合，癌細胞如何躲避免疫系統的破壞，以及材料在原子水平上的動態過程。

    二、CXFEL的創新與優勢

    1.小型化與成本效益

    傳統的XFEL設施龐大且昂貴，建造成本約為10億美元，需要長達一公里的粒子加速器設施。而ASU開發的CXFEL體積更小，僅需車庫大小的空間，成本也大大降低。這使得更多的研究機構能夠負擔得起并使用這種先進的X射線技術。

    2.技術原理

    CXFEL通過將電子加速到接近光速，然后使其與強激光束碰撞，產生高度定向的相干X射線束。這種緊湊的方法利用了等離子體物理原理，通過超短脈沖激光與電子束的相互作用，實現了高效的X射線產生。與傳統的XFEL相比，CXFEL不僅體積更小，而且具有更高的精度和更短的脈沖持續時間，能夠進入阿托秒系統，提供前所未有的時間分辨率。

    三、應用前景

    CXFEL的應用前景廣闊，它將為科學家提供一種強大的工具，用于探索生物分子和量子材料的結構和動態。例如，CXFEL可以幫助科學家制作關于病毒如何與細胞結合的“電影”，從而更好地理解病毒進入細胞的過程，這對于應對未來的大流行至關重要。此外，CXFEL還可以用于觀察癌細胞如何躲避免疫系統的破壞，為癌癥治療的新浪潮提供支持。

    四、項目進展與未來展望

    ASU的科學家正在努力完成緊湊型X射線光源（CXFEL的兩個光源之一）的調試，并開始使用它來記錄復雜生物分子和量子材料的結構和動態。這一最新里程碑意味著關鍵的功率、安全性和操作參數已經成功滿足，該儀器能夠產生穩定的電子束和超短X射線，并于今年晚些時候開始為ASU和其他科學家進行首次測量。

    CXFEL項目負責人WilliamGraves表示：“我們相信這是一個新模式的開始，它將使許多機構能夠追隨我們的腳步，為科學突破提供新儀器。”該項目不僅將推動基礎科學的發展，還將為實際應用提供新的可能性，如開發新的癌癥治療方法、抗擊病毒大流行的藥物和強大的量子計算機。

    總之，亞利桑那州立大學開發的緊湊型X射線自由電子激光器（CXFEL）代表了X射線技術的一個重要進步，有望為科學研究和激光加工設備領域帶來革命性的變化。