科学简单点：什么是 X 射线光源？

什么是 X 射线光源？要开发治疗致命传染病的方法，我们需要了解导致这些疾病的生物体。为了设计下一代电动汽车，我们需要制造出更好、更耐用的电池为其提供动力。为了制造更高效、更安全的飞机引擎，我们需要更坚固、更耐用的材料，在压力下不会破裂。

在这段"科学 101：什么是 X 射线光"的视频中，科学家杰西卡-麦克切斯尼（Jessica McChesney）和吉尔伯托-法布里斯（Gilberto Fabbris）解释了什么是 X 射线光，以及他们如何在阿贡高级光子源（APS）使用 X 射线光。

X 射线光是存在于电磁波谱中的高能量光。该光谱包括所有电磁波的范围，从能量最低的长波（调幅无线电波）到中间波（可见光），再到能量最高的短波（伽马射线）。

阿贡的 APS 使用的是波长较短的 X 射线。较短的波长允许 X 射线穿过许多物质，这使得像杰西卡和吉尔伯托这样的科学家能够深入观察物体，发现有关材料结构和功能的新知识。APS 是世界上最强大的 X 射线光源之一，每年有来自世界各地的 5500 多名科学家利用这个巨大的研究设施测试新材料、制造更好的电池，并为人类面临的最大问题寻找解决方案。

要做到所有这些，还需要一个强大的 X 射线光源。X 射线是一种光，但它并不是人们听到这个词时通常会想到的可见光。您可能对牙医用来拍摄牙齿内部照片的 X 光机并不陌生。先进光子源（APS）是美国能源部（DOE）科学办公室的用户设施，位于能源部阿贡国家实验室，它能产生类似的 X 射线光，但比 X 射线光亮十亿倍。

这么亮的光能做什么？APS 的工作原理就像一台巨大的显微镜，但与可见光不同，X 射线具有穿透力，使科学家能够看到材料的深处。例如，X 射线束可以聚焦得很紧，科学家可以用它来"看"电池在使用过程中内部发生了什么，从而开发出更节能的电池。

几十年来，APS 和世界各地的其他光源一直在改善我们的生活。为它们提供动力的技术--粒子加速--早在 20 世纪 20 年代就已出现。

电磁波谱是各种电磁辐射的范围--能量在传播过程中会扩散开来。太阳的温度比地球高得多，因此它发出的辐射能量较高，波长较短。资料来源：美国国家航空航天局

APS 的核心是一个储藏环，周围约三分之二英里。它非常大，可以容纳一个棒球场。它的工作是以接近光速的速度，高精度地循环着被称为电子的粒子。电子每天在这个环上绕行数十亿次，在轨道的每一个弯曲处都会释放出耀眼的光芒。APS 将这些光发送到环周围的实验站，在那里进行不同类型的科学实验。

APS 是一个国家用户设施，这意味着全世界的科学家都可以使用这一资源。科学家使用它不收取任何费用，但他们的数据必须公开发布。每年，来自世界各地的 5500 多名科学家利用 APS 研究各种各样的问题，从应对温室气体的新方法到加固道路和桥梁的新方法。

自 20 世纪 90 年代建成以来，APS 一直是世界领先的 X 射线光源，而它的未来将变得更加光明。一次大规模的升级将取代目前的存储环，它所产生的 X 射线亮度将是现在的 500 倍，从而能够进行更多的实验和创新，改善我们的生活。与世界各地的其他光源一起，APS 将继续使科学家们能够让我们更健康、更安全，并增进我们对周围世界的了解。

资料来源：阿贡国家实验室

X 射线光源如何工作？

先进光子源可以产生超亮的 X 射线束，为新发现照亮道路。

先进光子源（APS）等强大的光源与牙医使用的 X 光机类似，只是它产生的光亮度要高出十亿倍。

1. APS 的核心是一系列被称为加速器的机器，它们使用磁铁移动被称为电子的微小粒子。电子聚集在一起，沿着直线加速器直线运动。

2. 粒子积聚环可将成串的粒子更紧密地聚集在一起。

3. 助推器环在它们积累速度和能量的过程中使它们循环。

4. 然后，粒子被注入存储环。电子每天在这个环上绕行数十亿次。在轨道的每一个转弯处，它们都会释放出光子粒子形式的光。

5. 这些光子就是 X 射线光，它们被发送到环上的各个科研站。科学家们利用这种非常明亮的光线来观察材料的内部深处。