X射線激光器

從20世紀(jì)70年代開始，蘇聯(lián)科學(xué)家F.V.本 金提出，利用電子復(fù)合到離子的高能級比復(fù)合到低能級快的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù) 反轉(zhuǎn);A.V.維諾格拉道夫提出，利用電子或者光子把離子低能級的束縛電子激發(fā)到 高能級，也可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn);后來也 有人提出實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的其他途徑。美國在實(shí)驗(yàn)室里研究產(chǎn)生X射線激光的機(jī)理，并在1984年利用高功率激光器作激勵源，在實(shí)驗(yàn)室測到了X射線激光。

80年代初，美國勞倫斯·利弗莫爾研究所在內(nèi)華達(dá)地下 核試驗(yàn)場利用小型核裝置進(jìn)行了一次X射 線激光的演示試驗(yàn)。宣稱測到了波長1.4納米、功率幾百太瓦、脈寬納秒量級的X射線 激光。當(dāng)把細(xì)長的激光棒放在核裝置周圍， 核爆炸產(chǎn)生的X光照射在激光棒巨，產(chǎn)生了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，沿激光棒的軸向發(fā)射了X 射線激光。利弗莫爾研究所后來又進(jìn)行過 多次試驗(yàn)。

勞倫斯·利弗莫爾研究所的試驗(yàn)引起了美國當(dāng)局的重視，在戰(zhàn)略防御倡議計(jì)劃中，把核激勵X射線激光器列為研究中的定向能武器之一。設(shè)想將很多根激光棒排 放在核裝置周圍，在識別跟蹤系統(tǒng)控制下， 使每根激光棒都對準(zhǔn)各自的目標(biāo)。一次核爆炸釋放的光輻射能量，可同時(shí)轉(zhuǎn)化為多 路X射線激光束，照射到多枚導(dǎo)彈殼體上， 產(chǎn)生沖擊波，摧毀來襲的大規(guī)模齊射核導(dǎo)彈，也可用來打擊天基平臺和掃除輕質(zhì)誘 餌。這種X射線激光器只能在高空使用，如果研制成功，將具有重量輕、可瞬時(shí)發(fā)射等 優(yōu)點(diǎn)。存在的主要問題是激光發(fā)散角大，核 爆炸能量利用率低。

經(jīng)過多年努力，美國勞倫斯·利弗莫爾研究所在提高核爆炸能量 利用率和用等離子體透鏡減小激光發(fā)散角 兩方面均未取得明顯進(jìn)展。1991年，美國 國會己決定將該計(jì)劃從“戰(zhàn)略防御倡議”計(jì) 劃中作為助推段攔截的主要手段的目標(biāo)， 轉(zhuǎn)變成基礎(chǔ)科學(xué)研究項(xiàng)目。

heiili X shexiQn liguangqi 核激勵x射線激光器(x一ray laser pumped by nuclear explosion)用核爆炸產(chǎn)生的X射線激勵激光工作物質(zhì)，使其產(chǎn)生X射線激光的裝置。X射線激光的特點(diǎn)是 波長短、輻射亮度高、脈沖窄和方向性強(qiáng)。核激勵X射線激光是一種等離子體激光。它通常是原子或高度電離的離子內(nèi)殼層電子，在受激輻射過程中(需要很強(qiáng)的泵浦源)產(chǎn)生的相干輻射。核爆炸產(chǎn)生的高溫輻射，經(jīng)過適當(dāng)?shù)牟ㄗV變換可成為理想的 泵浦源。把X射線激光工作物質(zhì)做成細(xì)長的絲(即激光棒)放在核裝置周圍，核爆炸時(shí)，激光棒在很短時(shí)間內(nèi)吸收足夠多的光 輻射能量，變成高溫等離子體狀態(tài)，使處于高激發(fā)態(tài)的離子數(shù)大于低激發(fā)態(tài)離子數(shù)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)增益達(dá)到一定程度時(shí)， 便發(fā)射X射線激光，沿激光棒的軸向傳播。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是發(fā)射激光的必要條件。

世界上第一臺X射線激光器

這臺激光器位于斯坦福線性加速器中心（SLAC），全名為“Linac Coherent Light Source（線性加速器相干光源）”，簡稱為LCLS。