斯坦福直线加速器中心（SLAC）国家加速器实验室作为全球领先的科研机构，致力于在高能物理、材料科学、能源技术等前沿领域探索未知，推动科技创新。2025年2月以来，SLAC在聚变能源、激光等离子体加速和高温超导材料等多个关键领域取得了显著进展，这些成果不仅为聚变界带来了新的突破，也为未来的技术应用奠定了坚实基础。以下是SLAC实验室2月以来的相关报道：
一、2月19日，SLAC加入聚变创新研究引擎合作组织
SLAC发布消息《SLAC to develop fusion energy target technology as part of DOE Fusion Innovation Research Engine Collaboratives》，报道称，SLAC国家加速器实验室作为通用原子能公司（General Atomics）领导的“目标注入实验开发协作组”（TINEX）的一部分，将参与美国能源部（DOE）新成立的“聚变创新研究引擎协作组”（Fusion Innovative Research Engine Collaboratives，简称FIRE）。SLAC将贡献其在高能量密度科学和激光领域的专业知识，帮助开发先进的靶标跟踪技术，使高重复频率的激光能够精确击中每个聚变燃料靶标。
聚变能源是太阳能量来源的核心机制，而惯性聚变能源（IFE）是将这一过程复制到地球上的有前景的方法之一。IFE通过将多束高功率激光聚焦于小型气体填充靶标，使靶标中的原子发生聚变，产生大量热量，进而转化为几乎无限的能源。TINEX协作组将专注于开发和利用聚变燃料靶标，并解决全尺寸聚变电站可能面临的挑战，例如约束腔内的碎片管理、光学系统免受靶标碎片的损坏、靶标胶囊的高温耐受性，以及设计能够精确瞄准快速移动靶标的跟踪传感器。
SLAC将每年获得超过100万美元的资金，用于开发先进的靶标跟踪技术，测量每个注入约束腔的靶标的确切位置，使激光能够精确地反复击中每个靶标。SLAC的高级工作人员科学家Arianna Gleason将担任TINEX协作组的副组长，她表示：“TINEX协作组的经验教训将惠及工业界和学术机构，降低关键技术的风险并建立聚变能源的劳动力，是实现电网规模聚变能源的重要步骤。
二、2月10日，激光等离子体加速器实现高稳定质子束突破
SLAC发布消息《Innovative target design leads to surprising discovery in laser-plasma acceleration》，报道称，SLAC的研究人员开发了一种创新方法，利用高重复率激光等离子体加速器（LPA）产生快速、明亮的质子束。这一成果发表在《Nature Communications》上，解决了长期以来困扰LPA技术的多个挑战，并使其接近实际应用的门槛——这一切都归功于研究激光驱动质子加速的SLAC研究人员引入了一种自我补充的水膜靶。
质子束是由高速带电粒子组成的流，因其能够在特定位置沉积能量而被广泛应用于医学、加速器研究和惯性聚变等领域。然而，传统粒子加速器（如同步加速器）体积庞大，限制了其在工业和临床应用中的部署。激光等离子体加速器（LPA）通过高功率激光击中靶标产生带电粒子束，能够在更短的距离内达到与传统加速器相当的速度，因此被视为一种紧凑且成本效益高的质子束生成方式。
然而，LPA技术仍然面临几个技术难题：一是高功率激光会在每次脉冲后破坏靶标，需要频繁更换；二是质子束的发散度较大，无法保持窄聚焦。在最近的研究中，SLAC的研究人员通过引入一种薄水片靶标，意外地解决了多个问题。这种自再生的水膜靶在每次激光脉冲后能够自动补充，解决了靶标更换的低效率问题。更令人惊喜的是，蒸发的水在靶标周围形成了蒸汽云，与质子束相互作用产生磁场，自然地聚焦了质子束，使其亮度更高、发散度更低，效率提高了100倍。
斯坦福大学博士生Griffin Glenn表示，这一现象完全出乎意料，因为实验中涉及的变量（如激光、水片和真空环境的详细特性）使得预测变得不可能。然而，在观察到这一现象后，研究人员通过实验数据建模，深入理解了背后的物理机制。研究结果表明，这种方法可以扩展到更高能量的系统，从而产生更亮、更强大的质子束。
SLAC的Siegfried Glenzer教授表示：“这项工作彻底改变了整个范式。我们不再完全依赖模拟，而是可以从实验角度推动物理研究，测试不同的激光强度、靶标密度和环境压力。”这一成果不仅为LPA技术在医学和工业中的实际应用奠定了基础，还为质子治疗提供了新的可能性。
三、2月4日，常压下稳定新型高温超导材料
SLAC发布消息《In a first, researchers stabilize a promising new class of high-temperature superconductors at room pressure》，报道称，SLAC和斯坦福大学的研究人员首次在常压下稳定了一类新型高温超导材料——镍酸盐。这一成果为深入探索这些材料铺平了道路，也为实现无损耗电网和先进量子技术等实际应用带来了希望。
超导性是指某些材料在极低温度下能够零电阻导电的现象，通常需要在极端低温或高压下实现。过去几十年中，研究人员主要关注一类名为铜酸盐的材料，因其能够在相对较高的温度下实现超导。五年前，SLAC和斯坦福大学的研究团队在镍酸盐中发现了超导性，这是一种与铜酸盐化学相似的材料。然而，这些材料需要在高压下才能稳定其超导状态，这限制了其广泛研究和实际应用。
现在，SLAC和斯坦福大学的研究团队通过薄膜生长技术，利用衬底施加侧向压缩力，调整镍酸盐的原子结构，首次在常压下实现了超导性。研究团队发现，通过改变衬底的压缩程度，可以调节镍酸盐的超导转变温度，范围在-247°C到-231°C之间。虽然这些材料在这些温度下进入超导相，但由于镍酸盐中的缺陷和氧原子比例的限制，真正的零电阻状态仅在-271°C时实现。这一发现为未来的优化提供了新的方向。
研究团队还指出，通过在常压下稳定镍酸盐，研究人员可以使用先进的技术（如X射线散射）来更详细地研究这些材料的特性。SLAC的Harold Hwang教授表示：“这项研究的重要性在于其扩展了我们对高温超导体的理解。通过克服高压限制，我们现在可以进行以前无法实现的全面研究。”此外，这一发现还挑战了关于超导机制的传统假设，提供了关于原子间距在实现超导性中作用的新见解。
未来，研究人员计划进一步提高材料的晶体质量，并探索掺杂策略，通过添加少量其他元素来改变其电子特性。这些努力旨在更好地理解镍酸盐中超导性的机制，并寻找提高其性能的方法。
四、关于SLAC国家加速器实验室
SLAC国家加速器实验室（SLAC National Accelerator Laboratory）是美国能源部下属的国家级科研机构，由斯坦福大学运营。自1962年成立以来，SLAC一直是粒子物理、加速器科学、X射线科学以及聚变能源研究的全球领导者。实验室的核心设施包括世界上最长的直线加速器、硬X射线自由电子激光器（LCLS）和斯坦福同步辐射光源（SSRL）。近年来，SLAC在惯性聚变能源（IFE）领域取得了显著进展，通过加入美国能源部的聚变创新研究引擎（FIRE）合作组织，SLAC致力于开发先进的靶标跟踪技术，推动聚变能源的商业化。
SLAC在聚变研究方面的贡献不仅限于技术开发，还包括对聚变反应堆材料的深入研究。例如，SLAC的研究团队发现钨金属在聚变反应堆中的导热性能优于预期，这一发现为开发更高效、更耐用的聚变反应堆材料提供了新的方向。此外，SLAC还通过LaserNetUS网络，推动高功率激光在聚变研究中的应用，为全球研究人员提供了开放的实验平台。通过这些努力，SLAC不仅在基础科学研究中占据重要地位，还在推动聚变能源技术的实际应用方面发挥了关键作用。
参考链接：
- https://www6.slac.stanford.edu/news/2025-02-19-slac-develop-fusion-energy-target-technology-part-doe-fusion-innovation-research
- https://www6.slac.stanford.edu/news/2025-02-10-innovative-target-design-leads-surprising-discovery-laser-plasma-acceleration
- https://www6.slac.stanford.edu/news/2025-02-04-first-researchers-stabilize-promising-new-class-high-temperature-superconductors