في أبريل 2009 ، أنتج أول ليزر إلكتروني خالٍ من الأشعة السينية في العالم (XFEL) أول ضوء في مختبر المسرعات الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.ينتج Linac Coherent Light Source (LCLS) نبضات أشعة سينية أكثر سطوعًا بمليار مرة من أي مصدر ضوء سابق.منذ ذلك الحين ، جلب أدائها رؤى جديدة في العديد من المجالات العلمية ، من إنشاء "أفلام جزيئية" كيميائية إلى دراسة بنية وحركة بروتينات جيل جديد من الأدوية ومحاكاة "المطر الماسي" في الكواكب العملاقة لنظامنا الشمسي .".
أطلق مختبر SLAC الوطني للمسرعات مشروع LCLS-II في عام 2013 لزيادة قوة أشعة الليزر بالأشعة آلاف المرات وتوليد مليون نبضة في الثانية.في الوقت الحاضر ، يمكن توليد 120 نبضة فقط في الثانية.من المتوقع أن يتم الانتهاء من تحديث المشروع في غضون عامين.
ينقسم مبدأ عمل الليزر الإلكتروني الخالي من الأشعة السينية إلى خطوتين.أولاً ، يقوم بتسريع شعاع الإلكترون القوي إلى ما يقرب من سرعة الضوء.يتم بعد ذلك تمرير الحزمة من خلال سلسلة من المغناطيسات المضبوطة بدقة في جهاز يسمى التردد ، والذي يحول طاقة الإلكترون إلى نبضات شديدة من الأشعة السينية.
يبلغ طول هذه النبضات جزءًا من المليون من الثانية ، بحيث يمكنها التقاط ولادة الروابط الكيميائية وإنتاج الصور بدقة ذرية.يخطط مشروع LCLS-II لتركيب مسرع جديد للمختبر يمكنه استخدام تكنولوجيا التوصيل الفائق المبردة لتحقيق معدل تكرار غير مسبوق ، وتركيب موجة جديدة يمكنها التحكم بدقة في حزمة الأشعة السينية.
في العام ونصف العام الماضيين ، تم استبدال النابض الأصلي LCLS في المختبر بنظامين جديدين تمامًا بوظائف جديدة تمامًا.يحتوي كل جهاز موجة على آلاف المغناطيسات التي تمتد لأكثر من 100 متر.المجال المغناطيسي الذي ينتجهان معًا أقوى بعشرات الآلاف من المرات من المجال المغناطيسي للأرض ، والقوة المتولدة تعادل بضعة أطنان من الوزن.في نفس الوقت ، فإن هيكل المغناطيس لن يلف أكثر من مائة من عرض aشعر بشري.
تم تصميم جهاز الموجة الجديد من قبل مختبر أرجون الوطني في الولايات المتحدة وتم بناؤه من قبل مختبر لورانس بيركلي الوطني ، وتم تثبيته في مختبر SLAC الوطني في العام الماضي.العلماء في مختبر SLAC Accelerator قادرون على توجيه حزم الإلكترون لمسرعات LCLS الموجودة من خلال مجموعة المغناطيس في مموج "الأشعة السينية الصلبة" الجديد.في غضون ساعات قليلة ، قاموا بتوليد أول إشارة للأشعة السينية ثم قاموا بتعديل التكوين بدقة لزيادة أداء الليزر بالأشعة السينية.
قال Henrik von der Lippe ، مدير الهندسة في Berkeley Laboratories ، "إن توليد المصباح الأول هو معلم طال انتظاره. ستتيح هذه المنشأة العلمية إجراء بحث علمي جديد."