激光等离子体加速电子束在主动射频腔中的能量压缩：脉冲起始处的高能电子被减速，而电子束末端的低能电子被加速。图片：德国电子同步加速器(DESY)科学传播实验室

近日，德国电子同步加速器(DESY)LUX实验团队在激光等离子体加速领域取得重大进展，通过创新校正系统显著提升电子束质量，为该技术向实际应用迈进奠定基础。相关研究成果发表于《自然》杂志。

激光等离子体加速技术凭借其紧凑性优势，被视为传统电子加速器的颠覆性替代方案。传统加速器依赖串联谐振腔传递能量，导致设备庞大且成本高昂。而激光等离子体加速通过短强激光脉冲在氢气毛细管中激发等离子体，产生类似船尾波的尾流效应，在毫米级范围内实现电子束高速加速。然而，现有技术面临电子束均匀性不足、能量分布不均等挑战，限制了其工业应用潜力。

针对上述问题，DESY团队开发两阶段校正方法：首先利用四偏转磁铁组成减速弯道，通过时间拉伸与能量排序优化电子束结构;随后将拉伸后的电子束导入谐振器，通过射频频率匹配实现能量分布压缩。研究显示，该方法使能量分散降低18倍，中心能量波动减少72倍，性能指标与传统加速器相当。

“该项目实现了理论与实验的无缝衔接，”DESY加速器部门主任Wim Leemans指出，“从理论提出到首次实践仅用时极短。”项目团队依托现有设备库存，通过精密同步极快流程完成校正平台搭建，首日测试即显现效果，数日内实现系统稳定运行。

此项突破标志着等离子体加速与现代加速器技术的成功协同，验证了德国电子同步加速器研究所技术团队的协作效能。加速器部门前主任Reinhard Brinkmann强调：“这些成果将增强行业对激光等离子体加速技术的信心。”首席科学家Andreas Maier补充道，未来需进一步优化激光器性能并实现连续运行。

研究团队已规划具体应用路径：该技术可用于生成并加速电子束，注入X射线源(如PETRA III及继任者PETRA IV)，替代传统大型耗能加速器。Wim Leemans表示：“我们已证明等离子体加速器适用于此类应用，后续将聚焦激光器改进与连续运行实现。”

此次技术突破为激光等离子体加速的商业化应用开辟新可能，有望推动基础研究、工业及健康领域创新，为全球能源与材料科学提供高效解决方案。