SLAC啟動電子槍進行LCLS-II X射線激光升級

首先，連續(xù)的RF場在腔內產(chǎn)生大量的熱量。功率相當于大約80個微波爐始終以全功率運行，它可能會損壞電子槍并降低其性能。

為了處理大量電力，在伯克利實驗室建造的LCLS-II噴槍配備了水冷卻系統(tǒng)。它也比它的前身大得多 - 幾英尺而不是直徑英寸 - 所以熱量分布在更大的表面區(qū)域。

“LCLS-II項目獲得了飛速發(fā)展，從伯克利實驗室設計和運行這種獨特電子源的經(jīng)驗中獲益，”SLAC的John Galayda表示，他最近領導了LCLS-II項目。“它仍然是一項偉大的合作，對于構建下一代X射線激光器至關重要。”

另一個挑戰(zhàn)是激光系統(tǒng)，負責LCLS-II噴射器激光器的SLAC工程師Sasha Gilevich說。

“為了有效地產(chǎn)生電子，我們希望將紫外線照射到光電陰極上，但是沒有商業(yè)激光系統(tǒng)能夠以每秒一百萬個脈沖的速率提供具有LCLS-II所需的獨特特性的紫外脈沖，”她說。“相反，我們將紅外激光的光線通過一個包含非線性晶體的光學系統(tǒng)，將其轉換成紫外光。但由于晶體產(chǎn)生的熱量，以如此高的脈沖速率進行這種轉換非?？量蹋覀內匀辉趦?yōu)化我們的系統(tǒng)以獲得最佳性能。“

LCLS-II的獨特功能還將依靠高效光電陰極產(chǎn)生初始電子脈沖。它由安裝在金屬支架上的半導體的僅僅幾十納米厚和一厘米直徑的平盤組成。這使得電子的產(chǎn)生效率比先前使用的銅陰極高約1,000倍。

SLAC加速器物理學家Theodore Vecchione表示，這一進展伴隨著權衡取舍：“雖然銅陰極持續(xù)了多年，但新的陰極并不是那么強大，可能只持續(xù)幾周。”

這就是為什么Vecchione的任務是在實驗室建立一個設施來制造陰極庫存，這些陰極不能簡單地從貨架上購買，并確保在需要時可以更換LCLS-II陰極。

既然噴射器已經(jīng)產(chǎn)生了它的第一個電子，調試團隊將在接下來的幾個月里優(yōu)化電子束的特性并自動化噴射器控制。然而，直到明年LCLS-II的超導直線加速器安裝完畢，他們才能測試完整的噴射器，包括將加速電子能量提升到1億電子伏特的短加速器部分，以及讓它做好準備，生成一些世界上見過的最強大的X射線。