作者小格伦·罗伯茨
劳伦斯·伯克利国家实验室 萨姆·巴伯(左)是伯克利实验室贝拉中心的研究科学家，耶鲁安·范·提尔伯格是贝拉中心的工作人员，他们拿着有源等离子透镜(右)和用于电子束诊断实验的偶极磁体
该装置能够测量电子束能量，其范围和分辨率可与位于其后面的多吨磁铁相比
荣誉:玛丽莲·萨金特/劳伦斯·伯克利国家实验室 美国物理学家
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能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)正在研究新的方法，利用激光脉冲和被称为等离子体的外来物质的技术，在创纪录的短距离内将电子加速到创纪录的高能量
但是，测量激光等离子体加速实验中产生的高能电子束的特性具有挑战性，因为高强度激光必须在不干扰电子束的情况下转移
现在，一个新的紧凑的系统已经在伯克利实验室激光加速器中心成功地进行了演示，可以同时提供多种电子束特性的高分辨率测量
新系统使用超薄液晶薄膜，由教授开发
俄亥俄州立大学的道格拉斯·舒马赫和他的团队改变了激光的方向，同时允许电子束通过，基本上没有受到影响
激光形成等离子体，反射大部分激光
虽然每一个激光脉冲都会破坏液晶膜，但与气泡机类似，在每次激光照射后，液晶膜会由转盘和擦拭器补充
由这种装置形成的薄膜只有几十纳米(十亿分之一米)厚，比其他可补充的等离子镜系统(例如使用甚高频盒式磁带)薄1000倍
这种厚度的减小有助于保持电子束的特性
贝拉中心的工作人员科学家耶鲁安·范·蒂尔堡指出，激光偏离电子束的偏转对于产生电子束的精确诊断是至关重要的，对于多级激光等离子体加速实验也是至关重要的，在多级激光等离子体加速实验中，每一级都要刷新激光脉冲，为电子束提供额外的“反冲”加速，直到它达到所需的加速度
液晶等离子体反射镜(LCPM)还可以使用充满气体的、6厘米长的电子束强聚焦装置，即所谓的有源等离子体透镜
这种镜头为一种被称为磁谱仪设备的大型诊断工具提供了一种紧凑的替代方案。磁谱仪设备具有重达一吨以上的大体积磁体，并与大功率电源相连
“我们可以用三明治大小的偶极(两极)磁体来代替它，”萨姆·巴伯说，他是伯克利实验室加速器技术和应用物理部门贝拉中心的研究科学家
“激光等离子体加速器可以在紧凑的空间内产生高能电子，但仍有许多工作要做，以缩小一些组件，包括电子束诊断
" 山姆·巴伯在贝拉中心拿着一个主动等离子透镜，左边是双极磁铁，用于电子束诊断实验
荣誉:玛丽莲·萨金特/劳伦斯·伯克利国家实验室 他补充道，“这是规模的巨大缩减
我们正在将一台千兆瓦(高功率)激光器与超薄液晶显示器和有源等离子透镜相结合——所有这些新技术都是最近才开发出来的
我们把三者结合起来，得到了一个很好的结果
我们正在向前迈出大步
有一大堆新应用可以利用这一点
" 巴伯是一项研究的主要作者，这项研究详细描述了新诊断工具的性能和设置，发表在《应用物理快报》杂志上
贝拉中心的其他研究人员，以及加州大学伯克利分校和俄亥俄州立大学的研究人员也参与了这项研究
目前的进展得到了激光网络的支持，激光网络是最近形成的高功率激光设施网络，由美国能源部科学办公室、聚变能源科学办公室和高能物理办公室资助
卡尔·施罗德是伯克利实验室的资深科学家，也是贝拉中心的副主任。他说，除了体积小之外，这种新的诊断技术还可以一次性收集多种电子束特性，包括电子束的详细能量分布和发射度
发射度是电子束的一个关键特性，它决定了电子束的聚焦程度
低发射度意味着光束可以聚焦到一个非常小的点，这对大多数加速器应用来说是至关重要的，比如对撞机和自由电子激光器
“通常，这些是多点诊断，”他说，这种方法对几个光束脉冲的测量值进行平均，但不像新技术那样逐个脉冲地进行测量
在演示的装置中，激光聚焦到气室中，在气室中产生等离子体并与之相互作用，从而产生并加速电子束
穿过这个小室后，激光束和电子束的组合到达LCPM，此时激光被偏转，而电子束被传输——中断可以忽略不计
电子束然后穿过有源等离子体透镜
透镜用于将电子束聚焦成一系列小磁铁
磁场根据能量分散电子——就像光线通过棱镜时被颜色分散一样
分散的电子束然后通过一种特殊的晶体，当电子通过时，这种晶体产生光
晶体光信号的高分辨率图像使得电子束能量的精确、亚百分比分辨率的映射成为可能，并且同时进行发射度测量
研究人员指出，这些测量最终可以帮助研究人员排除故障，调整和提高激光等离子体加速实验的性能，这种设置可能与未来的对撞机应用和紧凑型X射线自由电子激光器相关，这些应用可能会有很大的范围
巴伯说:“你希望能够快速确定这些光束的特征，并将其作为优化的反馈。”
这对于电子束特性的表征和控制是有用的
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