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SACLA的X射線自由電子激光裝置成功發射出波

日本理化学研究所(RIKEN) 播磨研究所
大型同步輻射研究中心 (SPring-8) X射線自由電子激光研究發展部門
Undulator beamline, a laser amplifier part of SACLA(SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser)
Photo by courtesy of RIKEN

位於播磨市日本第一個X射線自由電子激光(XFEL)研究設施,名為SACLA (SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser - SPring-8),已成功發射出一束0.12納米的X射線激光。

自2006年起RIKEN和高輝度光科學研究中心(JASRI)進行為期五年的SACLA興建合作計劃,興建地點正與播磨SPring-8儲存環比鄰而立。SACLA於2011年3月建造完成,出光試車以提升雷射能量至X光能譜區為目標。短短的3個月後, 在同年6月7日下午4:10時分SACLA功能已超出預期並達到自發性增強並放光的運轉模式,成功發射出一束0.12納米的X射線激光。

接下來的幾個月,SACLA開發的工作重心將集中於操作微調,進一步提升X光的穩定性、強度和減小60赫茲迴盪率下的波長。SACLA預期於2011年底正式開放供世界各國的研究團隊使用。

SACLA是當今世界上第一個最精簡的X射線自由電子激光裝置 (XFEL),並採用日本國內研發獨一無二之系統技術,以熱離子電子槍為例,SACLA採用單晶陰極、低束散度注射器、高調度C波段高頻加速系統和短週期的真空波蕩器。SACLA能夠產生世界上最短的波長的事實亦證明其所採用SPring-8研發的精簡SASE技術理念(SCSS)具有獨特優越之功能。

SACLA研究團隊相信因著SACLA的成功,將拋磚引玉帶動其他國家在建造X光自由電子雷射設備時採用SCSS方法。SACLA在X射線自由電子激光技術突破層面上扮演的角色有如當年短週期真空聚頻插件磁鐵的發明,導致大型第三代同步輻射加速器(包括SPring-8,ESRF,APS)轉型成3.5億電子伏特能量中型加速器(例如SOLEIL,SLS,Diamond)的趨勢。