国际医用直线加速器行业技术发展分析（原创）

2009年4月，美国的直线加速器相干光源LCLS（LinacCoherentLightSource）在美国SLAC国家加速器实验室诞生。这个巨型激光器长130米，由2英里长的直线加速器的最后一公里将电子能量从4.3GeV加速到136GeV,每次启动装置需花2小时。该装置建成耗时3年，而从计划提出到完成开工准备历时几乎10年。

自由电子激光器从高能电子束获得能量，这些高能电子通过一个交替极性的磁体阵列（波荡器），利用磁场控制电子的来回路径，并且释放光能。LCLS是世界上第一个发射硬X射线的自由电子激光器，输出波长在0.15~1.5nm之间可调谐，输出脉冲宽度可达80fs,每个脉冲包含10万亿个X射线光子。LCLS已经对科学家们开放，这将极大地推动科学技术的进步。

为了满足各种应用需求，LCLS的输出可以在原子、分子和光科学领域的不同设备之间进行切换，这些设备包括光学聚焦和气体传输系统，可与LCLS的电子、离子和光子谱仪同步的高功率激光器，X射线相关光谱仪，X射线光泵浦-探测仪器，相干X射线成像仪，软X射线材料科学仪器，以及物质在极端条件下运行需要的一些仪器。

2009年，LCLS的研究人员第一次使用大功率X射线激光器发出直线连续光，此X射线已经比其他任何人造光源发出的脉冲亮度都要高，测试光的波长为0.15纳米（nm），是当时人类创造的最短波长同时具有最大能量的光。

LCLS在此后一年时间内并未发表科研成果，但却一直被视为激光领域“质的飞跃”或“里程碑式的杰作”.因为其完全不同于所有以前的激光器：这是国际上最早提出的第四代光源之一，亦是世界上第一个发射硬X射线的自由电子激光器。硬X射线通常定义为能量较高、波长极短的X射线。

从原理上来看，LCLS首度结合了原子尺度空间和时间分辨率，以相干量子波的形式输出X射线，是研究人员从以往传统激光器发展出来的新型光源；从效果上来讲，LCLS亮度能比以往光源高10亿倍，产生脉冲短暂到百万分之二纳秒，为满足各种应用需求，LCLS的输出可以在原子、分子和光学领域的不同设备之间进行切换。科学家们预想，经过微调之后的LCLS的脉冲可帮助排列出众多材料的内部原子结构。作为在LCLS上完成的第一批实验结果，产生了“空心原子”.

美国能源部已批准SLAC规划对LCLS进行升级改造。该改造项目称为LCLS-II,主要任务将集中在两个新的波荡器阵列上--用来从电子束产生X射线光的系列磁铁，以及改造现有的波荡器。完成后，该设施将产生多个可共同或单独运行的X光射线束流，具有前所未有的灵活性和对扩大X射线能量的控制，这是探索原子领域精确区域的关键。

欧洲散裂中子源项目---ESS

欧洲散裂中子源项目(ESS)通过利用中子来发展新一代科学研究的基础设施。科学研究当中所使用的中子主要通过核反应堆产生。但是科学家们意识到利用核反应堆来达到更高强度存在着局限性。于是，另一种技术浮出水面：散裂。该过程在于加速质子，并将其射向含有许多中子的重物质靶体。通过散裂所获得的中子源可以更加有效地产生最好的粒子。此外，这个过程不会导致原子核裂变及其连锁反应。中子被引向每一个最佳的散射仪器，以便探索各种不同物质的性质。欧洲散裂中子源项目未来的质子直线加速器(Linac)可将氢离子加速到光速的91%。欧洲散裂中子源项目的中子脉冲将超越目前强度最高的劳厄·朗之万研究所(ILL)中子源2个量级。欧洲散裂中子源项目在物质研究方面将成为全球最为引人注目的中子源。

由中子束所提供的物质样本分析，提供了其它技术所无法获取的信息。中子可以通过微小的粒子、波以及磁偶极子的形态出现。中子散射气体、液体与固体的方式可揭示此类物质的结构。由中子引起的原子激发可以给出物质内部结合能的信息。中子如小磁铁般发生作用的能力可以成为理想的探测器，以便确定磁性材料尚不为人知的结构与动力学性质。可以进行材料的实时监控与疲劳研究。

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