每天，在世界各地的數(shù)十個(gè)同步加速器中，電子被束縛在儲(chǔ)存環(huán)周?chē)源偈蛊浒l(fā)射X射線(xiàn)，用于材料成像、識(shí)別化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品和確定晶體結(jié)構(gòu)等。

　　但是，光子科學(xué)家不想僅停留在老式的儲(chǔ)存環(huán)階段。10多年來(lái)，他們一直夢(mèng)想“終極的”儲(chǔ)存環(huán)—使用專(zhuān)門(mén)的磁鐵來(lái)產(chǎn)生X射線(xiàn)。

　　目前，美國(guó)伊利諾伊州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源（APS）的研究人員正在采取措施研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，他們希望能在該領(lǐng)域的研發(fā)中搶得先機(jī)，超越幾個(gè)國(guó)際設(shè)備已經(jīng)獲得的成就。

　　在瑞典，終極儲(chǔ)存環(huán)技術(shù)由MAX IV首創(chuàng)。MAX IV位于隆德市，是一個(gè)圓周為528米的同步加速器。2006年，通過(guò)更緊密地聚焦電子束，科學(xué)家首次尋求增加同步加速器X射線(xiàn)的強(qiáng)度和亮度。該設(shè)計(jì)依賴(lài)由7個(gè)磁鐵組成的裝置，被稱(chēng)為多彎曲消色差透鏡，能夠被放置在儲(chǔ)存環(huán)周?chē)?0處地點(diǎn)以推動(dòng)電子束的活動(dòng)路徑，直到電子束能基本上整齊地排列。該機(jī)器的主管Mikael Eriksson回憶道，很少有人相信該設(shè)備具有如此大的威力。

　　8月29日，在網(wǎng)上發(fā)布的一份報(bào)告中，阿貢實(shí)驗(yàn)室研究人員描述了他們期望如何升級(jí)配有多彎曲消色差透鏡的圓周為1.1千米的APS。APS主管Brian Stephenson說(shuō)：“一項(xiàng)具有革命性的新技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。”

　　目前的儲(chǔ)存環(huán)至多只有雙彎曲消色差透鏡—包含兩個(gè)而非七個(gè)磁體。物理學(xué)家曾設(shè)想，磁體越多，電子束會(huì)越不穩(wěn)定，因?yàn)殡娮邮粡澢眠^(guò)于厲害且受到過(guò)多波動(dòng)。但是，MAX IV的工作顯示，非常緊湊的磁鐵能使彎曲的路徑縮短，以阻止波動(dòng)的發(fā)生。

　　APS受到了美國(guó)能源部（DOE）的資助。DOE表示，將會(huì)繼續(xù)支持該計(jì)劃。7月，DOE顧問(wèn)委員會(huì)的一位成員建議，與其他國(guó)家大力推進(jìn)終極儲(chǔ)存環(huán)的研究相比，美國(guó)的實(shí)驗(yàn)室處于落后的位置。該顧問(wèn)委員會(huì)還建議，研發(fā)下一代X射線(xiàn)激光器，用于記錄化學(xué)反應(yīng)中的分子變化。但是，這樣的X射線(xiàn)激光器有一些限制：它強(qiáng)烈的光脈沖峰值將破壞精細(xì)的材料。相比之下，終極儲(chǔ)存環(huán)能夠提供更加平和的光脈沖峰值。

　　研究人員表示，通過(guò)繪制變化的化學(xué)過(guò)程，這些儲(chǔ)存環(huán)能徹底改變X射線(xiàn)成像。目前的X射線(xiàn)源還不夠明亮，無(wú)法追蹤納米和納秒分辨率物質(zhì)的變化，因?yàn)殡娮邮袥](méi)有足夠多相互協(xié)調(diào)的光子。終極儲(chǔ)存環(huán)將改變這一限制。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校材料科學(xué)家Paul Evans說(shuō)：“我們將迎來(lái)一個(gè)全新的局面。”例如，儲(chǔ)存環(huán)能被用于研究電池內(nèi)部的物質(zhì)接口處發(fā)生了哪些化學(xué)上和電力上的變化。

　　APS正在尋求進(jìn)一步升級(jí)先前已被認(rèn)可的終極儲(chǔ)存環(huán)技術(shù)。成本計(jì)算正在進(jìn)行中，Stephenson希望在不過(guò)多增加成本的前提下（目前的預(yù)算是3.91億美元），將多彎曲消色差透鏡囊括其中。MAX IV正在實(shí)施的技術(shù)只耗費(fèi)了3.4億瑞典克朗（5200萬(wàn)美元），但是這個(gè)儲(chǔ)存環(huán)更小，且這一數(shù)額并不包括日常開(kāi)支費(fèi)用。

　　升級(jí)后，APS將超越MAX IV，接近最集中光束的理論極限。瑞典的同步加速器包括20個(gè)多彎曲消色差透鏡，而升級(jí)APS需要約40個(gè)多彎曲消色差透鏡。2012年，美國(guó)加州門(mén)洛帕克市SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家表示，在不從根本上破壞電子束的情況下，圍繞更大儲(chǔ)存環(huán)的多彎曲消色差透鏡的數(shù)量可以更多。SLAC束流物理學(xué)的領(lǐng)頭人Yunhai Cai說(shuō)：“關(guān)鍵在于使彎曲更加平和。”與APS類(lèi)似，法國(guó)格勒諾布爾市歐洲同步輻射實(shí)驗(yàn)室（ESRF）也選擇了升級(jí)多彎曲消色差透鏡。去年10月，一個(gè)工作小組得出結(jié)論，這項(xiàng)技術(shù)是負(fù)擔(dān)得起的。ESRF總干事Francesco Sette說(shuō)，加速器物理學(xué)家的工作顯示，多彎曲消色差透鏡能和機(jī)器現(xiàn)有的噴射裝置（每天幾次向主環(huán)提供額外的電子）配合工作—他曾認(rèn)為需要一個(gè)新的噴射裝置。Sette說(shuō)：“我們現(xiàn)在正在全力開(kāi)展這一工作。”

　　巴西和日本的儲(chǔ)存環(huán)也將對(duì)多彎曲消色差透鏡升級(jí)，預(yù)計(jì)2015年完工的MAX IV很快將面臨競(jìng)爭(zhēng)。

　　一些人認(rèn)為，粒子物理隧道能最終被改變?yōu)槎鄰澢钔哥R的光源。SLAC有一個(gè)閑置的圓周為2.2千米的隧道，它最初放置了一個(gè)粒子加速器用來(lái)比較物質(zhì)和反物質(zhì)的衰變速率。一個(gè)現(xiàn)已被關(guān)閉的粒子加速器（位于伊利諾伊州巴達(dá)維亞附近的費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室）占用的圓周為6.3千米的隧道，是另一處可供選擇的地點(diǎn)。Eriksson說(shuō)，考慮到科學(xué)預(yù)算的因素，建造這種規(guī)格的終極儲(chǔ)存環(huán)對(duì)于瑞典來(lái)說(shuō)并不現(xiàn)實(shí)。

　　Eriksson知道，瑞典走在這一領(lǐng)域前列的時(shí)間不會(huì)太久，看到其他國(guó)家正在采用他和同事滿(mǎn)腔熱情首創(chuàng)的技術(shù)，Eriksson懷著矛盾的心情。他說(shuō)：“我們既高興，又感到一些遺憾。”