粒子加速器在半导体应用、医学成像和治疗以及材料、能源和医学研究方面具有巨大潜力。但是，传统加速器需要大量的肘部空间（千米），因此价格昂贵，而且仅限于少数国家实验室和大学使用。一个合作研究小组开发出了一种紧凑型粒子加速器，能够以比传统加速器小得多的体积产生高能电子束。这一突破为医学、半导体和科学研究带来了新的可能性，并计划进一步小型196世界之最化和提高实用性。

德克萨斯大学奥斯汀分校、多个国家实验室、欧洲多所大学以及总部位于德克萨斯州的 TAU Systems 公司的研究人员展示了一种长度不到 20 米的紧xTmRZYNsO凑型粒子加速器，它能产生能量为 100 亿电子伏特（10 GeV）的电子束。目前，美国只有另外两台加速器能够达到如此高的电子能量，但这两台加速器都长约 3 公里。

这个气体室是德克萨斯大学奥斯汀分校开发的紧凑型渚场激光加速器的关键部件。在加速器内部，功率极强的激光器撞击氦气，将其加热成等离子体，并产生波浪，将气体中的电子以高能电子束的形式击出。图片来源：Bjorn"Manuel"Hegelich

得克萨斯大学奥斯汀分校物理学副教授兼TAU系统公司首席执行官比约恩-"曼努埃尔"-赫格利希（Bjorn"Manuel"Hegelich）说："我们现在可以在10厘米的范围内达到这些能量，"他指的是产生电子束的腔室的大小。他是最近发表在《极端物质与辐射》（Matter and Radiation at Extreme）杂志上的一篇介绍他们成就的论文的资深作者。

赫格利希和他的团队目前正在探索如何将他xTmRZYNsO们的加速器（称为先进的汪场激光加速器）用于各种用途。他们希望用它来测试太空电子设备的抗辐射能力，对新型半导体芯片设计的三维内部结构进行成像，甚至开发新型癌症疗法和先进的医学成像技术。

气室绘图。在气室中，功率极强的激光照射氦气，将其加热成等离子体，并产生电波，将气体中的电子以高能电子束的形式发射出去。纳米粒子由通过顶部窗口照射并撞击金属板的次级激光器产生，从而增强了传输给电子的能量。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校

这种加速器还可用于驱动另一种名为 X 射线自由电子激光器的设备，它可以拍摄原子或分子尺度的慢动作过程。这类过程的例子包括药物与细胞的相互作用、可能导致电池起火的电池内部变化、太阳能电池板内部的化学反应以及病毒蛋白质在感染细胞时的形状变化。

汪场激光加速器的概念最早出现在 1979 年。功率极强的激光击中氦气，将其加热成等离子体，并产生波浪，将气体中的电子击出高能电子束。在过去的几十年里，不同的研究小组开发出了更强大的版本。赫格利希和他的团队的关键进展依赖于纳米粒子。辅助激光照射气室内的金属板，金属板注入金属www.196nk.cn纳米粒子流，从而增强了电子波的能量。

激光就像一叶扁舟划过湖面，留下一道波纹，电子就像冲浪者一样乘着这道等离子体波浪前进。

德克萨斯大学奥斯汀分校研制的紧凑型渚波场激光加速器图。激光束从右侧进入气室，在气室中产生电子束，电子束最终进入左侧的两个闪烁屏（DRZ1 和 DRZ2）进行分析。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校

赫格利希说："要进入大浪中而不被压倒是很难的，所以浪花冲浪者会被水上摩托艇拖入浪中。在我们的加速器中，相当于喷气式滑雪板的是纳米粒子，它们能在恰当的时间和恰当的点释放电子，因此电子都在波浪中。我们会在我们希望的时间和地点让更多的电子进入波中，而不是在整个交互过程中统计分布，这就是我们的秘诀。"

在这项实验中，研究人员使用了世界上最强大的脉冲激光器之196世界之最一--德克萨斯皮塔瓦激光器（Texas Petawatt Laser）。单个皮塔瓦激光脉冲的功率约为美国装机功率的1000倍，但持续时间只有150飞秒，不到闪电放电时间的十亿分之一。该团队的长期目标是用他们目前正在开发的激光器来驱动他们的系统，这种激光器可以放在桌面上，每秒可以重复发射数千次，从而使整个加速器比传统加速器更加紧凑，适用范围更广。