每天，在世界各地的数十个同步加速器中，电子被甩入环形存储环中，以激发它们发射 X 射线，这对于成像材料、识别化学反应产物和确定晶体结构非常有用。
但是光子科学家不只是想要任何旧的存储环。十多年来，他们一直梦想着“终极”存储环，即使用专用磁铁来产生理论上允许的最紧密聚焦的 X 射线束的存储环。
现在，美国最大的同步加速器——伊利诺伊州阿贡国家实验室的高级光子源（APS）的研究人员正在采取措施开发这项技术。在此过程中，他们希望超越一些具有先发优势的国际机构。
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在瑞典，终极存储环技术正在隆德的 MAX IV 中进行开创性研究，这是一个周长为 528 米的同步加速器。那里的科学家首先在 2006 年通过更紧密地聚焦电子束来增加同步加速器的 X 射线光的强度和亮度。该设计依赖于七个磁铁组，称为多弯消色差透镜，可在环周围多达 20 个位置使用，来回轻推电子路径，直到它们或多或少地完美排列。机器主管米凯尔·埃里克森回忆说，当他参观美国的几个光源来描述该项目时，“很少有人相信它”。
埃里克森现在有了信徒。在 8 月 29 日在线发布的一份报告中，阿贡实验室的研究人员描述了他们希望如何利用多弯消色差透镜升级周长为 1.1 公里的 APS（请参见go.nature.com/asxrqb）。“一项新技术出现了，它具有相当的革命性，”APS 主管布莱恩·斯蒂芬森说。目前的存储环最多具有双弯消色差透镜，其中包含两个磁铁而不是七个磁铁。物理学家们曾认为，包含更多的磁铁会通过过度弯曲光束并引入过多的波动而使光束不稳定。但是 MAX IV 的工作表明，非常紧凑的磁铁能够实现足够短的弯曲路径，以阻止波动累积。
为 APS 提供资金的美国能源部仍然需要批准该计划。今年 7 月，该部门的一个咨询委员会建议，当其他国家/地区向终极存储环推进时，美国实验室正在被抛在后面。该委员会还建议追求下一代 X 射线激光器，该激光器可用于制作化学反应的“分子电影”等（请参阅 Nature 500, 13–14; 2013）。但是这种激光器将具有局限性：其强烈的峰值光脉冲会破坏精细的材料。相比之下，终极存储环满足了对逐渐达到峰值的光脉冲的需求。
来源：美国能源部/BESAC；MAX IV
研究人员表示，这些存储环可以通过使绘制不断变化的化学过程图成为可能，从而彻底改变 X 射线成像。目前的 X 射线源不够亮，无法跟踪具有纳米和纳秒分辨率的材料变化，因为光束中没有足够的协调光子。终极存储环将改变这一点。“一整类新问题都出现了，”威斯康星大学麦迪逊分校的材料科学家保罗·埃文斯说。例如，他说这些环可用于研究电池内部材料之间在电池耗尽时发生的化学和电气变化。
APS 正在寻求将终极存储环技术的安装添加到已经批准的单独升级中。成本计算仍在进行中，但斯蒂芬森希望可以包含多弯消色差透镜，而无需将升级预算提高到 3.91 亿美元以上。MAX IV 仅以 3.4 亿瑞典克朗（合 5200 万美元）实施该技术，但该环较小，并且价格标签不包括在美国能源部实验室收取的间接费用。
升级后，APS 可以通过接近可能的最聚焦光束的理论极限来超越 MAX IV。瑞典同步加速器将包含 20 个多弯消色差透镜，而 APS 升级需要约 40 个。2012 年，加利福尼亚州门洛帕克的 SLAC 国家加速器实验室的物理学家表明，在不从根本上破坏电子束稳定性的情况下，可以进一步提高较大环周围的多弯消色差透镜的数量。“关键是要使弯曲变得柔和，”SLAC 的光束物理负责人蔡云海说。
除了 APS 之外，法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置 (ESRF) 也选择了多弯消色差透镜升级，一个工作组在去年 10 月得出结论，该技术是可以负担得起的。ESRF 总干事弗朗西斯科·塞特表示，那里的加速器物理学家表明，多弯消色差透镜可以与该设施现有的注入器配合使用，注入器是机器的一部分，每天几次向主环提供额外的电子。他以前认为需要一个新的注入器。“我们今天正全力以赴尽快启动，”他说。
巴西和日本的存储环也将使用多弯消色差透镜进行升级，这使得 MAX IV 从其预计的 2015 年完工日期开始，仅有一年的时间面临竞争（请参阅 “聚焦光束”）。
有人建议，粒子物理隧道最终也可以使用多弯消色差透镜转换为光源。SLAC 有一个闲置的周长为 2.2 公里的隧道，该隧道最初安置了一个用于比较物质和反物质衰变率的粒子加速器。伊利诺伊州巴达维亚附近费米实验室现已关闭的 Tevatron 粒子加速器使用的 6.3 公里隧道是另一个改造候选对象。埃里克森说，鉴于瑞典科学预算的相对规模，建造如此规模的终极存储环对瑞典来说是不现实的。
他知道瑞典的先锋地位将是短暂的，并且对于看到其他国家采用他和他的同事热情开创的技术感到既高兴又有点遗憾。“我们既高兴又有点遗憾，”他说。