激光—等離子體(ti) 加速的想法，於(yu) 上世紀70年代末，由德克薩斯大學奧斯汀分校物理學家Toshiki Tajima和加州大學洛杉磯分校物理學家John Dawson共同提出。從(cong) 上世紀90年代開始，科學家一直嚐試在實驗上驗證這一概念，但是受到激光器功率的限製，最大能量多年來一直徘徊在1 GeV左右。

　　近期，德克薩斯大學奧斯汀分校Mike Downer教授的研究小組成功地在1英寸的距離內(nei) 將約5億(yi) 個(ge) 電子加速到2 GeV。研究結果發表在《自然通訊》雜誌（Nat. Commun. 4， 1988）上。

　　Downer說：“到目前為(wei) 止，將電子加速到2 GeV這一級別的能量需要長度超過2個(ge) 足球場的傳(chuan) 統加速器，而我們(men) 實驗中所用的設備尺寸縮減了近10，000倍。2GeV加速器產(chan) 生的電子可以轉換成‘硬’X射線，亮度比肩大型裝置產(chan) 生的X射線。對實驗條件進一步優(you) 化後，我們(men) 甚至可以驅動X射線自由電子激光器——目前可用的最亮X射線源。”

　　台式X射線激光將為(wei) 化學家和生物學家帶來巨大變革：他們(men) 可以使用這種高亮度的X射線在原子精度和飛秒時間分辨率上研究物質和生命的分子基礎，而無需使用大型的國家裝置。

　　Downer說：“我們(men) 能夠產(chan) 生的這種X射線具有飛秒量級的脈寬，分子振動和最快的化學反應就發生在這個(ge) 時間尺度上。例如，這種X射線具有足夠高的能力和亮度，使我們(men) 能夠看見活體(ti) 樣本中單個(ge) 蛋白質分子的原子結構。”

　　Downer和他的同事利用激光—等離子體(ti) 加速產(chan) 生能量高到足以產(chan) 生X射線的電子；該方法使用超短超強激光脈衝(chong) 轟擊氣體(ti) 雲(yun) 團，使其電離形成等離子體(ti) 。Downer說：“該方法還能夠記錄自身內(nei) 部結構。首先，將電子從(cong) 背景離子中分離出來，並創建巨大的內(nei) 部空間電荷場。接著，帶電粒子從(cong) 等離子體(ti) 中溢出，被空間電荷場俘獲，以接近光速的速度沿激光脈衝(chong) 前進方向移動，並在空間電荷場中獲得加速。”

　　該研究小組在實驗中使用了Texas拍瓦激光器，因而他們(men) 所使用的氣體(ti) 密度遠遠低於(yu) 前期實驗中的氣體(ti) 密度。Downer說：“氣體(ti) 密度越低，激光脈衝(chong) 傳(chuan) 輸速度越快。但是，就前幾代激光器而言，如果氣體(ti) 密度過低，就沒有足夠的電子注入到加速器中，因而什麽(me) 也得不到。”

        Downer說：“現在，2GeV加速器的可操作行已經得到了證實，預計未來幾年內(nei) 將研發出10GeV加速器，可用於(yu) 做生物學家和化學家所期望的X射線分析。我認為(wei) ，實現10GeV電子產(chan) 生無需重大突破。如果我們(men) 能夠保證未來幾年的研究經費到位的話，所有這一切都可以發生。現在，市場上已經開始銷售商用拍瓦激光器。隻要我們(men) 能夠做的更好，生產(chan) 商就將可以開發出10GeV加速器模塊。然後，化學家和生物學家等終端用戶就可以獲得更多的創新和發現。我還相信，未來十年內(nei) 就可以研發出類似規模（幾厘米長）的20GeV加速器。”