粒子加速器在半导體(tǐ)应用(yòng)、医學(xué)成像与治疗以及材料、能(néng)源和医學(xué)研究方面具有(yǒu)巨大的潜力。但传统加速器需要很(hěn)大的运行空间，非常昂贵，只有(yǒu)少数國(guó)家实验室和大學(xué)才有(yǒu)。据最新(xīn)一期《极端条件下的物(wù)质与辐射》杂志(zhì)报道，包括美國(guó)得克萨斯大學(xué)奥斯汀分(fēn)校在内的研究团队展示了一种長(cháng)度不到20米的紧凑型粒子加速器，名為(wèi)先进激光尾流场加速器，它可(kě)产生能(néng)量為(wèi)100亿電(diàn)子伏的電(diàn)子束。

目前在美國(guó)只有(yǒu)两个加速器可(kě)达到如此高的電(diàn)子能(néng)量，但長(cháng)度都达到3公里。现在，研究人员可(kě)在10厘米内的腔室中达到这么高的能(néng)量。

激光尾流场加速器的原理(lǐ)是，用(yòng)极强的激光射击氦气，将其加热成等离子體(tǐ)并产生波，将電(diàn)子从气體(tǐ)中击出，形成高能(néng)電(diàn)子束。这一概念自1979年被提出以来，一直广受关注。

此次，研究团队的关键进展依赖于纳米颗粒。辅助激光击中气室内的金属板，金属板注入一股金属纳米粒子流，增强了从波传递到電(diàn)子的能(néng)量。

激光就像一艘掠过湖(hú)面的小(xiǎo)船，会留下尾迹，電(diàn)子像尾波冲浪者一样驾驭着这股等离子波。研究人员比喻说，冲浪者很(hěn)难在不受控的情况下进浪，所以一般情况下摩托艇会拖着冲浪者进浪。在新(xīn)型加速器中，纳米粒子相当于摩托艇，它们在正确的点和正确的时间释放電(diàn)子，所以它们都能(néng)在尾波中“冲浪”。

在实验中，研究人员使用(yòng)了世界上最强大的脉冲激光器之一——得州拍瓦级激光器，每小(xiǎo)时发射一次超强脉冲光，但持续时间仅為(wèi)150飞秒(miǎo)。

目前，研究团队正在探索将他(tā)们的加速器用(yòng)于多(duō)种目的，如测试太空電(diàn)子设备抵御辐射的能(néng)力、拍摄芯片设计的3D内部结构，甚至开发新(xīn)的癌症疗法和先进的医學(xué)成像技术。

这种加速器还可(kě)用(yòng)来驱动X射線(xiàn)自由電(diàn)子激光器，这种设备可(kě)拍摄原子或分(fēn)子尺度的慢动作電(diàn)影，如药物(wù)与细胞的相互作用(yòng)、電(diàn)池内部导致起火的变化、太阳能(néng)電(diàn)池板内部的化學(xué)反应，以及病毒蛋白质在感染细胞时的形状改变。