讓粒子奔馳的「高速公路」經 7 年施工完成升級，人類探索原子尺度轉瞬即逝現象的能力即將改變！改裝完畢的全球最強大 X 射線直線加速器 LCLS-II 本月成功發出第一束高能光，亮度較上一代 LCLS 高 1 萬倍，該儀器每秒能發出 100 萬個 X 射線脈衝，將以全新方式掃描量子材料細節，推動運算、通訊、醫療等各領域進展。

在當今醫學領域，直線加速器因具有快速、精確、耐用、穩定等優點成為全球最常使用的放射治療儀器，但與實驗室直線加速器相比，就像小巫見大巫：美國能源部 SLAC 國家加速器實驗室的 LCLS 加速器（一種粒子加速器）為世上最強大 X 射線雷射器，透過產生高能 X 射線來觀察物質與物質的微妙機制。

2009 年 4 月，LCLS 加速器在室溫下加速電子穿過銅結構，成功發射出 0.15 奈米波長同步輻射，做為當時全球首台 HXFEL（註），其產生之 X 射線脈衝亮度比之前任何儀器高出億倍，每秒能產生 120 個 X 射線脈衝。

而經過 10 年努力，LCLS 於最近完成升級成為 LCLS-II，變得更加強大，每秒能產生高達 100 萬個 X 射線脈衝，整體而言，LCLS-II 產生的連續 X 射線束平均亮度比 LCLS 高 10,000 倍。

由於 X 射線波長約一個原子大小，因此 X 射線雷射可穿透分子發生繞射，顯示出分子內部結構圖案，照亮最微小、最快速現象。

科學家表示，LCLS-II 能產生分為「硬波長」、「軟波長」（分別為高能量、低能量）的 X 射線，探測藥物分子到量子材料等不同物體，也能檢查光合作用、凝聚態原子之間的相互作用等過程，讓研究人員查看材料變化或化學過程如何展開，帶來醫學、量子材料、天文等各領域重大新發現。

▲ 從空中俯瞰 SLAC 的直線加速器。（Source： CC BY 2.0）

實驗室計畫總監 Mike Dunne、Greg Hays 解釋，軟 X 射線能有效觀察分子內電子位置，告訴我們能量與電荷如何移動，有利於我們改善運用太陽能量的方法；硬 X 射線則能揭開材料結構內原子位置，揭開周圍世界一切建構祕密，比如分析蛋白質結構、調整治療疾病的藥物等。

LCLS-II 準備在接下來幾週內投入實驗，世界各地研究人員已開始排隊申請使用，

註：XFEL 是能產生超亮、超短 X 射線脈衝自由電子雷射器，以前所未有細節捕捉分子、原子、電子行為。

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