世界上最亮的X光机刚刚产生了它的第一束破纪录的X射线，这将使研究人员能够以无与伦比的细节观察原子、分子和化学反应。

这台X光机——美国加利福尼亚州SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源-Ⅱ(LCLS-Ⅱ)X射线激光器——最近完成了一项十多年前开始的升级过程。它目前所产生的X射线亮度平均是原有LCLS所产生的X射线亮度的1万倍。

LCLS-Ⅱ通过涉及激光、电子、微波和磁铁的复杂过程产生X射线。首先，研究人员使用紫外线激光将电子从铜板中敲出，然后用发射强烈微波脉冲的装置加速这些电子。这些电子随后穿过由数千个磁体组成的迷宫。这使得它们来回摆动，并以可预测、受良好控制的爆发方式发射X射线。研究人员将这些脉冲引导到物体和材料上，对其内部结构进行成像。

LCLS-Ⅱ产生的X射线变得如此明亮，部分原因是SLAC团队用铌制成的衬里翻新了电子穿过的3公里长的金属管。当冷却到零下271摄氏度时，铌可以承受暴露在前所未有的高能电子中。为了使金属管保持适当的冷却，研究小组不得不在地下安装一个巨大的低温装置。

SLAC的迈克·邓恩说，还有其他工程方面的挑战：迷宫磁体必须极其精确地校准，以确保X射线脉冲具有正确的形状。他说：“该系统的每个部分都必须同时正常工作。”

邓恩及其同事于2022年9月开始发送电子穿过铌管。在过去12个月里，他们一直在校准这台机器的每一个部件，并逐步提高其功率。

澳大利亚乐卓博大学的纳迪娅·扎采平说：“这是一个令人难以置信的过程，它见证了这项用于观察自然活动的破坏性但强大的新技术的发明和建成。一开始，有很多怀疑论者，他们说这台闹哄哄、不稳定的机器野兽——第一台LCLS——永远不会带来新的科学。如今，十多年过去了，使用这些X射线已经很成熟，使我们能够以前所未有的细节观察生化过程是如何在原子尺度上发生的。”

扎采平说，LCLS-Ⅱ将使研究人员能够制作生物学过程的“分子电影”，比如哺乳动物视觉、光合作用、药物结合和基因调控等。

邓恩说，这台机器不仅能够产生明亮的X射线，而且能够在极短的时间内产生大量X射线，这将使研究人员能够看到技术上重要的材料内部发生了什么，例如用于人工光合装置或下一代半导体的材料。他说，此外，在量子水平上没有被完全理解的更奇特的材料——超导体或所谓的拓扑相——可以通过用LCLS-Ⅱ的X射线进行研究来揭开它们的神秘面纱。