在储存环中产生单色光的新方法

当超快电子发生偏转时，它们会发出光——同步辐射。这种光用于所谓的储存环，其中磁铁迫使粒子进入闭合路径。这种光纵向不相干，由很宽的波长谱组成。

它的高亮度使其成为材料研究的绝佳工具。单色仪可用于从光谱中挑选出单个波长，但这会将辐射功率降低许多个数量级，仅为几瓦。

但是，如果储存环能够发出输出功率为几千瓦的单色相干光，类似于高功率激光器，情况会怎样?物理学家亚历山大·赵和他的博士生丹尼尔·拉特纳在 2010 年找到了这一挑战的答案：如果储存环中轨道运行的电子束变得比它们发射的光的波长短，则发射的辐射会变得相干，因此功率会增强数百万倍。

“你需要知道，储存环中的电子并不是均匀分布的，”HZB 的博士生兼论文第一作者 Arnold Kruschinski 解释道。“它们以束的形式移动，典型长度约为 1 厘米，距离约为 60 厘米。这比 Chao 提出的微束高出六个数量级。”

中国理论家邓秀杰为稳态微聚束项目 (SSMB) 定义了一套特定类型的环形加速器设置，即等时环或“低阿尔法”环。与激光相互作用后，这些环会形成长度仅为一微米的短粒子束。

来自 HZB、清华大学和 PTB 的研究团队已经在 2021 年的原理验证实验中证明了这种方法的有效性。他们使用了阿德勒斯霍夫的计量光源 (MLS)——这是有史以来第一个为低阿尔法操作设计的储存环。该团队现在已经能够在大量实验中充分验证邓的产生微束理论。“对我们来说，这是迈向新型 SSMB 辐射源的重要一步，”Kruschinski 说。

然而，HZB 项目经理 Jörg Feikes 确信这还需要一些时间。他认为 SSMB 与自由电子激光器的发展存在一些相似之处。

“经过初步实验和数十年的开发工作，这个想法变成了长达一公里的超导加速器，”他说。“这样的发展需要很长的时间。它从一个想法开始，然后是一个理论，然后实验者逐渐实现它，我认为 SSMB 也会以同样的方式发展。”