2009年4月，美國的直線加速器相干光源LCLS（LinacCoherentLightSource）在美國SLAC國家加速器實驗室誕生。這個巨型激光器長130米，由2英里長的直線加速器的最后一公里將電子能量從4.3GeV加速到136GeV,每次啟動裝置需花2小時。該裝置建成耗時3年，而從計劃提出到完成開工準備歷時幾乎10年。

自由電子激光器從高能電子束獲得能量，這些高能電子通過一個交替極性的磁體陣列（波蕩器），利用磁場控制電子的來回路徑，并且釋放光能。LCLS是世界上第一個發(fā)射硬X射線的自由電子激光器，輸出波長在0.15~1.5nm之間可調(diào)諧，輸出脈沖寬度可達80fs,每個脈沖包含10萬億個X射線光子。LCLS已經(jīng)對科學家們開放，這將極大地推動科學技術(shù)的進步。

為了滿足各種應(yīng)用需求，LCLS的輸出可以在原子、分子和光科學領(lǐng)域的不同設(shè)備之間進行切換，這些設(shè)備包括光學聚焦和氣體傳輸系統(tǒng)，可與LCLS的電子、離子和光子譜儀同步的高功率激光器，X射線相關(guān)光譜儀，X射線光泵浦-探測儀器，相干X射線成像儀，軟X射線材料科學儀器，以及物質(zhì)在極端條件下運行需要的一些儀器。

2009年，LCLS的研究人員第一次使用大功率X射線激光器發(fā)出直線連續(xù)光，此X射線已經(jīng)比其他任何人造光源發(fā)出的脈沖亮度都要高，測試光的波長為0.15納米（nm），是當時人類創(chuàng)造的最短波長同時具有最大能量的光。

LCLS在此后一年時間內(nèi)并未發(fā)表科研成果，但卻一直被視為激光領(lǐng)域“質(zhì)的飛躍”或“里程碑式的杰作”.因為其完全不同于所有以前的激光器：這是國際上最早提出的第四代光源之一，亦是世界上第一個發(fā)射硬X射線的自由電子激光器。硬X射線通常定義為能量較高、波長極短的X射線。

從原理上來看，LCLS首度結(jié)合了原子尺度空間和時間分辨率，以相干量子波的形式輸出X射線，是研究人員從以往傳統(tǒng)激光器發(fā)展出來的新型光源；從效果上來講，LCLS亮度能比以往光源高10億倍，產(chǎn)生脈沖短暫到百萬分之二納秒，為滿足各種應(yīng)用需求，LCLS的輸出可以在原子、分子和光學領(lǐng)域的不同設(shè)備之間進行切換?？茖W家們預(yù)想，經(jīng)過微調(diào)之后的LCLS的脈沖可幫助排列出眾多材料的內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)。作為在LCLS上完成的第一批實驗結(jié)果，產(chǎn)生了“空心原子”.

美國能源部已批準SLAC規(guī)劃對LCLS進行升級改造。該改造項目稱為LCLS-II,主要任務(wù)將集中在兩個新的波蕩器陣列上--用來從電子束產(chǎn)生X射線光的系列磁鐵，以及改造現(xiàn)有的波蕩器。完成后，該設(shè)施將產(chǎn)生多個可共同或單獨運行的X光射線束流，具有前所未有的靈活性和對擴大X射線能量的控制，這是探索原子領(lǐng)域精確區(qū)域的關(guān)鍵。

歐洲散裂中子源項目---ESS

歐洲散裂中子源項目(ESS)通過利用中子來發(fā)展新一代科學研究的基礎(chǔ)設(shè)施?？茖W研究當中所使用的中子主要通過核反應(yīng)堆產(chǎn)生。但是科學家們意識到利用核反應(yīng)堆來達到更高強度存在著局限性。于是，另一種技術(shù)浮出水面：散裂。該過程在于加速質(zhì)子，并將其射向含有許多中子的重物質(zhì)靶體。通過散裂所獲得的中子源可以更加有效地產(chǎn)生最好的粒子。此外，這個過程不會導(dǎo)致原子核裂變及其連鎖反應(yīng)。中子被引向每一個最佳的散射儀器，以便探索各種不同物質(zhì)的性質(zhì)。歐洲散裂中子源項目未來的質(zhì)子直線加速器(Linac)可將氫離子加速到光速的91%。歐洲散裂中子源項目的中子脈沖將超越目前強度最高的勞厄·朗之萬研究所(ILL)中子源2個量級。歐洲散裂中子源項目在物質(zhì)研究方面將成為全球最為引人注目的中子源。

由中子束所提供的物質(zhì)樣本分析，提供了其它技術(shù)所無法獲取的信息。中子可以通過微小的粒子、波以及磁偶極子的形態(tài)出現(xiàn)。中子散射氣體、液體與固體的方式可揭示此類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。由中子引起的原子激發(fā)可以給出物質(zhì)內(nèi)部結(jié)合能的信息。中子如小磁鐵般發(fā)生作用的能力可以成為理想的探測器，以便確定磁性材料尚不為人知的結(jié)構(gòu)與動力學性質(zhì)?？梢赃M行材料的實時監(jiān)控與疲勞研究。

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