一项新研究显示，产生强X射线的粒子加速器有望被压缩至桌面级设备。传统同步辐射光源装置虽被广泛用于材料、药物及生物组织研究，但其体积庞大，最小装置也与足球场相当。此次发表于《物理评论快报》的研究提出，利用碳纳米管与激光技术，可在微芯片上生成高亮度X射线，为医学、材料科学等领域带来变革性可能。

传统粒子加速器常被视为由金属与磁铁构成的巨型环状结构，例如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机长达27公里。而新研究模拟显示，未来或能制造出宽度仅几微米的超紧凑型加速器，其产生的相干高能X射线性能可媲美耗资数十亿英镑的同步加速器，且设备可集成于微芯片。这一突破基于表面等离子体激元原理——激光照射材料表面时形成的特殊波。当圆偏振激光脉冲被送入细小空心管，其传播过程会发生螺旋扭曲，进而通过旋转磁场捕获并加速电子，使其同步发射辐射，光强度可提升两个数量级。

研究团队负责人、物理科学学院研究员雷碧峰介绍，该微型同步加速器在纳米尺度上复现了英里级设施的物理原理。碳纳米管因其能承受超强电场(强度达传统加速器的数百倍)且可垂直“生长”形成“森林”结构，成为关键材料。其圆柱形排列为激光与电子耦合提供了理想环境，圆偏振激光与纳米管内部结构的契合被团队称为“量子锁钥机制”。三维模拟表明，这种相互作用可产生每米数万亿伏的电场，远超现有技术。

若技术落地，将改变尖端X射线源的获取方式。目前科学家需申请大型同步辐射装置的使用时段，常需等待数月。而桌面加速器方案可使医院、高校及工业实验室等场所直接应用该技术，推动医学成像(如更清晰的乳房X光片)、药物研发(如自主分析蛋白质结构)及材料科学(如精密元件无损测试)等领域发展。

该成果已于本月初在利物浦举行的2025年NanoAc研讨会(主题为加速器物理中的纳米技术)上发布，目前仍处于模拟阶段。但研究团队指出，所需组件如圆偏振激光器与精密纳米管结构已具备，下一步将开展实验验证。若成功，这或标志着新一代超紧凑型辐射源的诞生，让前沿科学工具惠及更多机构。

更多信息： Bifeng Lei 等人，《近临界固体微管表面表面等离子体激元激发产生的相干同步辐射》，《物理评论快报》 (2025)。