同步加速器產(chǎn)生的光是許多科技領(lǐng)域里極其強(qiáng)大的研究工具。同步加速器的光一度被認(rèn)為是寄生的損耗，而現(xiàn)在該光卻成為建造許多同步加速器的理由。然而，在同步加速器光中發(fā)現(xiàn)的巨大效用卻帶有明顯的缺陷，即建造大型同步加速器的費(fèi)用極為昂貴，加速器龐大的體積意味著科學(xué)家們必須到擁有這種大型設(shè)備的地方去排隊(duì)等候使用X射線來(lái)做實(shí)驗(yàn)。因此利用這種光的渴望受到抑制。 

科學(xué)家們?cè)缭诶碚撋献C明加速器的體積是可以縮小的（刊登在2005年出版的《自然》雜志），日本立命館大學(xué)的Shiga光子生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室（Shiga Photon Production Laboratory）經(jīng)過(guò)15年的努力，成功研制出一種小型的、可以放入實(shí)驗(yàn)室的微型同步加速器光源——MIRRORCLE-6X，并已經(jīng)開(kāi)始在市場(chǎng)上出售。光子生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備將MIRRORCLE-6X的性能提高到一個(gè)更高的水平，并將其系列產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 

MIRRORCLE-6X的儲(chǔ)存環(huán)直徑為60厘米，整臺(tái)機(jī)器很容易放入實(shí)驗(yàn)室，使用新型的電子注入技術(shù)，它能產(chǎn)生能量達(dá)到幾百萬(wàn)電子伏特的X射線。直徑在幾十米到數(shù)百米的大型同步加速器一般也產(chǎn)生出這個(gè)數(shù)量級(jí)的X射線。通過(guò)幾個(gè)新穎的創(chuàng)新，MIRRORCLE-6X達(dá)到異常性能，同步光的生產(chǎn)效率非常高，而且有效地利用空間。MIRRORCLE-6X發(fā)射出對(duì)許多應(yīng)用理想的寬帶X射線。值得注意的是與常規(guī)X射線成像相比它的相襯成像能力，生物軟組織隨時(shí)可以看到，到同時(shí)可以將金屬、塑料和橡膠部件成像的非破壞性試驗(yàn)。 

MIRRORCLE-6X的迷人之處在于用與大型加速器相比，較低的費(fèi)用就可獲得同步加速器的光。每臺(tái)MIRRORCLE-6X的銷(xiāo)售價(jià)格為250萬(wàn)美元，雖然絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室短期內(nèi)仍難以承受，但參與了這臺(tái)機(jī)器研制的Hironari Yamada教授說(shuō)，從半導(dǎo)體制造商到制藥公司的許多私人公司都在排隊(duì)購(gòu)買(mǎi)這一設(shè)備。世界上最小的同步加速器前途光明。

光子生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展簡(jiǎn)史

1989年 - 提出光子儲(chǔ)存環(huán)概念

1989年 -  建造了第一個(gè)超導(dǎo)圓形儲(chǔ)存環(huán)，被Hironari Yamada博士（右圖）稱(chēng)為士AURORA 。成功的建造鼓舞科學(xué)家們繼續(xù)開(kāi)展這一領(lǐng)域里的研究。

1996年 -  Hironari Yamada 博士開(kāi)發(fā)新的微型同步加速器理論，并提出建造專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)硬X射線的臺(tái)式同步加速器。潛在的商業(yè)可能性出現(xiàn)，建議成立光子生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室。

1997年-為將率先發(fā)明的MIRRORCLE技術(shù)商品化，光子生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室（左圖）成立。

2000年 -在日本立命館大學(xué)Hironari Yamada博士的指導(dǎo)下，Yamada實(shí)驗(yàn)室建造了MIRRORCLE-20。12月，首次運(yùn)行。

2003年 -  在日本立命館大學(xué)Hironari Yamada博士的指導(dǎo)下，Yamada實(shí)驗(yàn)室建造了世界上最小的同步加速器，即臺(tái)式MIRRORCLE-6X。12月，首次運(yùn)行。

2004年 – 12月，首次在光子儲(chǔ)存環(huán)中觀測(cè)到激光，這一觀測(cè)是根據(jù)Hironari Yamada 教授和Andrey Kleev博士發(fā)展的理論進(jìn)行的。

2005年 – 第一臺(tái)MIRRORCLE-20SX裝置率先將X射線光刻用于半導(dǎo)體工業(yè)。

將來(lái)- MIRRORCLE技術(shù)繼續(xù)發(fā)展并重新界定在實(shí)驗(yàn)室里可做什么。

MIRRORCLE同步加速器的原理 

MIRRORCLE同步加速器有兩個(gè)基本部件，一個(gè)古典的電子加速器和一個(gè)儲(chǔ)存環(huán)。電子加速器發(fā)射電子并將其加速到設(shè)計(jì)水平，然后將它們注入儲(chǔ)存環(huán)。 根據(jù)MIRRORCLE同步加速器的配置，運(yùn)轉(zhuǎn)電子中的一個(gè)靶產(chǎn)生X射線，或者軌道周?chē)囊粋€(gè)桶形反射鏡收集遠(yuǎn)紅外同步輻射。

電子加速器運(yùn)行

MIRRORCLE技術(shù)概念簡(jiǎn)單，從任何意義上來(lái)說(shuō)，電子加速器發(fā)射和加速電子并非非同尋常。在由脈沖速調(diào)管驅(qū)動(dòng)的高頻腔內(nèi)強(qiáng)磁場(chǎng)的影響下，一臺(tái)典型的發(fā)射機(jī)釋放出電子。當(dāng)電子重復(fù)穿過(guò)高頻腔并被加速時(shí)，電子加速器的等磁場(chǎng)環(huán)境使電子在更大的軌道里運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦電子達(dá)到電子加速器的設(shè)計(jì)水平，相當(dāng)于電子運(yùn)行的最大軌道，它們進(jìn)入一個(gè)引出道并被注入到儲(chǔ)存環(huán)。

MIRRORCLE-6X簡(jiǎn)介 

MIRRORCLE-6X是世界上最小的同步加速器，小到可以安裝在工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境里，但功率又大到足以滿(mǎn)足許多對(duì)X射線的需要。它利用6 MeV電子與鎢微靶對(duì)撞通過(guò)韌致輻射產(chǎn)生亮的寬帶X射線。標(biāo)準(zhǔn)尺寸1微米的靶可減少到開(kāi)展應(yīng)用所需要的0.1微米，并以新的性能價(jià)格比水平，使擁有一臺(tái)這樣的同步加速器成為現(xiàn)實(shí)。MIRRORCLE-6X是個(gè)產(chǎn)品，隨時(shí)可滿(mǎn)足客戶(hù)的需要。（右上圖為MIRRORCLE-6X獲得的肺成像）

MIRRORCLE-6X參數(shù)  

MIRRORCLE-6S簡(jiǎn)介 

MIRRORCLE-6S為軟X射線型MIRRORCLE-6X。實(shí)體上類(lèi)似，它采用特殊靶獲得所需結(jié)果。

MIRRORCLE-6S參數(shù)

MIRRORCLE-20SX簡(jiǎn)介 

MIRRORCLE-20SX的目標(biāo)之一是滿(mǎn)足半導(dǎo)體工業(yè)對(duì)利用X射線進(jìn)行光刻的需要。下一步要生產(chǎn)更小的集成電路就要從極度的紫外線轉(zhuǎn)為X射線。但許多X射線源并不具備滿(mǎn)足這一要求高功率應(yīng)用的能力。MIRRORCLE-20SX可在25mm×25mm區(qū)域發(fā)送所需要的功率。 

MIRRORCLE-20SX參數(shù)

高能所科研處制作，內(nèi)容由侯儒成譯自Shiga Photon Production Laboratory網(wǎng)及2005年3月3日出版的《自然》雜志