Laser tia X mạnh nhất thế giới

Linac Coherent Light Source (LCLS), máy laser tia X mạnh nhất thế giới nằm ở Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia SLAC ở Mỹ, sẽ trải qua nâng cấp quan trọng giúp tăng năng lượng tia X của cỗ máy gấp 3.000 lần.

Khi hoàn thành nâng cấp, năng lượng tia X của cỗ máy sẽ cho phép các nhà khoa học khám phá những quá trình ở cấp nguyên tử nhằm giải đáp nhiều câu hỏi trong lĩnh vực sinh vật học, khoa học vật liệu, vật lý lượng tử.

LCLS là cỗ máy đầu tiên tạo ra tia X năng lượng cao (tia X cứng) bằng máy laser electron tự do, được chế tạo với kinh phí từ Bộ Năng lượng Mỹ (DOE).

Cơ sở bắt đầu hoạt động năm 2009. Năm 2023, LCLS được nâng cấp, có thêm một máy gia tốc siêu dẫn và cấu trúc từ gọi là máy gợn sóng có thể sản sinh cả chùm tia X cứng mềm và cứng. Nâng cấp gần nhất mang tên LCLS-II giúp cơ sở tạo ra một triệu xung tia X mỗi giây. Để thúc đẩy electron tới năng lượng cao với mức hao hụt năng lượng tối thiểu, máy gia tốc siêu dẫn ở nâng cấp LCLS-II bao gồm 37 module lạnh sâu có thể làm mát tới -271 độ C.

Nâng cấp tiếp theo gọi là LCLS-II HE (năng lượng cao) mới được DOE thông qua, nhằm tăng gấp đôi năng lượng của chùm electron đến từ máy gia tốc siêu dẫn, qua đó tăng gấp đôi năng lượng tia X.

Với nâng cấp HE mới, LCLS sẽ có 23 module lạnh sâu mới, mỗi module chứa 8 khoang tần số vô tuyến siêu dẫn giúp cung cấp hiệu suất tối ưu. Tất cả module được lên lịch lắp đặt trong đường hầm máy gia tốc vào năm 2026.

Dự kiến vào khoảng cuối năm 2027 - 2030, LCLS-II-HE sẽ tạo ra tia X đầu tiên. Hoạt động đầu tiên sẽ quyết định chùm laser mới đạt hiệu suất tốt tới mức nào. Cơ sở có hai máy gia tốc và chỉ có máy gia tốc siêu dẫn được nâng cấp, nên máy gia tốc thường vẫn tiếp tục phục vụ thí nghiệm khoa học trong thời gian nâng cấp.