每天，在世界各地的數十個同步加速器中，電子被甩入環形儲存環中，以激發它們發射 X 射線，這對於成像材料、識別化學反應產物和確定晶體結構非常有用。
但是光子科學家不只是想要任何舊的儲存環。十多年來，他們一直夢想著“終極”儲存環，即使用專用磁鐵來產生理論上允許的最緊密聚焦的 X 射線束的儲存環。
現在，美國最大的同步加速器——伊利諾伊州阿貢國家實驗室的高階光子源（APS）的研究人員正在採取措施開發這項技術。在此過程中，他們希望超越一些具有先發優勢的國際機構。
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在瑞典，終極儲存環技術正在隆德的 MAX IV 中進行開創性研究，這是一個周長為 528 米的同步加速器。那裡的科學家首先在 2006 年透過更緊密地聚焦電子束來增加同步加速器的 X 射線光的強度和亮度。該設計依賴於七個磁鐵組，稱為多彎消色差透鏡，可在環周圍多達 20 個位置使用，來回輕推電子路徑，直到它們或多或少地完美排列。機器主管米凱爾·埃裡克森回憶說，當他參觀美國的幾個光源來描述該專案時，“很少有人相信它”。
埃裡克森現在有了信徒。在 8 月 29 日線上釋出的一份報告中，阿貢實驗室的研究人員描述了他們希望如何利用多彎消色差透鏡升級周長為 1.1 公里的 APS（請參見go.nature.com/asxrqb）。“一項新技術出現了，它具有相當的革命性，”APS 主管布萊恩·斯蒂芬森說。目前的儲存環最多具有雙彎消色差透鏡，其中包含兩個磁鐵而不是七個磁鐵。物理學家們曾認為，包含更多的磁鐵會透過過度彎曲光束並引入過多的波動而使光束不穩定。但是 MAX IV 的工作表明，非常緊湊的磁鐵能夠實現足夠短的彎曲路徑，以阻止波動累積。
為 APS 提供資金的美國能源部仍然需要批准該計劃。今年 7 月，該部門的一個諮詢委員會建議，當其他國家/地區向終極儲存環推進時，美國實驗室正在被拋在後面。該委員會還建議追求下一代 X 射線雷射器，該雷射器可用於製作化學反應的“分子電影”等（請參閱 Nature 500, 13–14; 2013）。但是這種雷射器將具有侷限性：其強烈的峰值光脈衝會破壞精細的材料。相比之下，終極儲存環滿足了對逐漸達到峰值的光脈衝的需求。
來源：美國能源部/BESAC；MAX IV
研究人員表示，這些儲存環可以透過使繪製不斷變化的化學過程圖成為可能，從而徹底改變 X 射線成像。目前的 X 射線源不夠亮，無法跟蹤具有奈米和納秒解析度的材料變化，因為光束中沒有足夠的協調光子。終極儲存環將改變這一點。“一整類新問題都出現了，”威斯康星大學麥迪遜分校的材料科學家保羅·埃文斯說。例如，他說這些環可用於研究電池內部材料之間在電池耗盡時發生的化學和電氣變化。
APS 正在尋求將終極儲存環技術的安裝新增到已經批准的單獨升級中。成本計算仍在進行中，但斯蒂芬森希望可以包含多彎消色差透鏡，而無需將升級預算提高到 3.91 億美元以上。MAX IV 僅以 3.4 億瑞典克朗（合 5200 萬美元）實施該技術，但該環較小，並且價格標籤不包括在美國能源部實驗室收取的間接費用。
升級後，APS 可以透過接近可能的最聚焦光束的理論極限來超越 MAX IV。瑞典同步加速器將包含 20 個多彎消色差透鏡，而 APS 升級需要約 40 個。2012 年，加利福尼亞州門洛帕克的 SLAC 國家加速器實驗室的物理學家表明，在不從根本上破壞電子束穩定性的情況下，可以進一步提高較大環周圍的多彎消色差透鏡的數量。“關鍵是要使彎曲變得柔和，”SLAC 的光束物理負責人蔡雲海說。
除了 APS 之外，法國格勒諾布林的歐洲同步輻射裝置 (ESRF) 也選擇了多彎消色差透鏡升級，一個工作組在去年 10 月得出結論，該技術是可以負擔得起的。ESRF 總幹事弗朗西斯科·塞特表示，那裡的加速器物理學家表明，多彎消色差透鏡可以與該設施現有的注入器配合使用，注入器是機器的一部分，每天幾次向主環提供額外的電子。他以前認為需要一個新的注入器。“我們今天正全力以赴儘快啟動，”他說。
巴西和日本的儲存環也將使用多彎消色差透鏡進行升級，這使得 MAX IV 從其預計的 2015 年完工日期開始，僅有一年的時間面臨競爭（請參閱 “聚焦光束”）。
有人建議，粒子物理隧道最終也可以使用多彎消色差透鏡轉換為光源。SLAC 有一個閒置的周長為 2.2 公里的隧道，該隧道最初安置了一個用於比較物質和反物質衰變率的粒子加速器。伊利諾伊州巴達維亞附近費米實驗室現已關閉的 Tevatron 粒子加速器使用的 6.3 公里隧道是另一個改造候選物件。埃裡克森說，鑑於瑞典科學預算的相對規模，建造如此規模的終極儲存環對瑞典來說是不現實的。
他知道瑞典的先鋒地位將是短暫的，並且對於看到其他國家採用他和他的同事熱情開創的技術感到既高興又有點遺憾。“我們既高興又有點遺憾，”他說。