經過大規模檢修，世界上最強大的X射線激光器即將投入使用。作為斯坦福大學直線加速器相干光源(LCLS)的強大升級，LCLS- II利用比深空更低的溫度將電子加速到接近光速並每秒發射一百萬次X射線。

LCLS-II被稱為硬X射線自由電子激光器(XFEL)，這是一種設計用於以高分辨率和超快時間尺度捕捉微觀物體圖像的儀器。它的前身被用來成像病毒、再現恆星中心的條件、將水沸騰成比地核還熱的等離子態、創造出盡可能大的聲音並製造出可能落在海王星等行星上的“鑽石雨”。

新完成的第二階段的儀器將有更多的能力。LCLS-II的X射線脈衝將比它的前輩平均亮1萬倍，每秒將發射100萬個X射線脈衝–比最初的120個每秒的脈衝大幅增加。

LCLS-II的主任Mike Dunne說道：“在短短幾個小時內，LCLS-II將產生比當前激光器整個壽命產生的X射線脈衝還要多的X射線脈衝。過去可能需要數月才能收集到的數據，現在則可以在幾分鐘內生成。它將把X射線科學提升到一個新的水平、為一系列全新的研究鋪平道路並提高我們開發革命性技術的能力，從而應對我們社會面臨的一些最深刻的挑戰。”

LCLS-II的工作原理跟第一代相同–在電子進入“波動器”之前先產生電子，然後沿著一根長長的管道加速以使電子搖擺，並一直到它們從一邊到另一邊拋出X射線。

但現在，這一過程的每一步都有了升級。其中最大的革新是中間的加速器。之前電子是在室溫下通過銅管發射的，而LCLS-II使用了一套37個低溫模組，這可以將設備冷卻到-271°C–比絕對零度稍高一點。它通過管道將液氦冷卻劑從兩個大型氦冷凍庫輸送到模塊中來實現這一點。

在如此低的溫度下，模塊內的鈮金屬腔變為超導，從而使電子能以零電阻通過。微波為振蕩的電場提供能量，電場在這些空腔內共振，另外跟通過的電子的節奏同步從而將能量傳遞給它們。這些額外的能量加速了電子，所以當它們通過所有37個低溫模時，它們的速度接近光速。

接下來，電子進入波動器，波動器使用強磁鐵將電子左右拉動從而使它們擺動並使它們發射X射線。新的波動器可以產生“硬”和“軟”X射線，這對不同的目標都有用–硬X射線可以詳細地成像單個原子，而軟X射線可以顯示原子和分子之間的能量流動。

該團隊表示，隨著低溫模量在4月份達到低溫，該儀器現在已經準備好進行第一個電子的測試。預計LCLS-II將在今年晚些時候開始產生X射線。一旦成功，預計該設施將為化學、生物、計算和量子力學提供新的見解。