粒子加速器在半導體(ti) 應用、醫學成像與(yu) 治療以及材料、能源和醫學研究方麵具有巨大的潛力。但傳(chuan) 統加速器需要很大的運行空間，非常昂貴，隻有少數國家實驗室和大學才有。據最新一期《極端條件下的物質與(yu) 輻射》雜誌報道，包括美國得克薩斯大學奧斯汀分校在內(nei) 的研究團隊展示了一種長度不到20米的緊湊型粒子加速器，名為(wei) 先進激光尾流場加速器，它可產(chan) 生能量為(wei) 100億(yi) 電子伏的電子束。

目前在美國隻有兩(liang) 個(ge) 加速器可達到如此高的電子能量，但長度都達到3公裏。現在，研究人員可在10厘米內(nei) 的腔室中達到這麽(me) 高的能量。

激光尾流場加速器的原理是，用極強的激光射擊氦氣，將其加熱成等離子體(ti) 並產(chan) 生波，將電子從(cong) 氣體(ti) 中擊出，形成高能電子束。這一概念自1979年被提出以來，一直廣受關(guan) 注。

此次，研究團隊的關(guan) 鍵進展依賴於(yu) 納米顆粒。輔助激光擊中氣室內(nei) 的金屬板，金屬板注入一股金屬納米粒子流，增強了從(cong) 波傳(chuan) 遞到電子的能量。

激光就像一艘掠過湖麵的小船，會(hui) 留下尾跡，電子像尾波衝(chong) 浪者一樣駕馭著這股等離子波。研究人員比喻說，衝(chong) 浪者很難在不受控的情況下進浪，所以一般情況下摩托艇會(hui) 拖著衝(chong) 浪者進浪。在新型加速器中，納米粒子相當於(yu) 摩托艇，它們(men) 在正確的點和正確的時間釋放電子，所以它們(men) 都能在尾波中“衝(chong) 浪”。

在實驗中，研究人員使用了世界上最強大的脈衝(chong) 激光器之一——得州拍瓦級激光器，每小時發射一次超強脈衝(chong) 光，但持續時間僅(jin) 為(wei) 150飛秒。

目前，研究團隊正在探索將他們(men) 的加速器用於(yu) 多種目的，如測試太空電子設備抵禦輻射的能力、拍攝芯片設計的3D內(nei) 部結構，甚至開發新的癌症療法和先進的醫學成像技術。

這種加速器還可用來驅動X射線自由電子激光器，這種設備可拍攝原子或分子尺度的慢動作電影，如藥物與(yu) 細胞的相互作用、電池內(nei) 部導致起火的變化、太陽能電池板內(nei) 部的化學反應，以及病毒蛋白質在感染細胞時的形狀改變。