美国激光等离子体加速器公司 TAU和 Thales 公布商业粒子加速器产品计划，开发超极紫外光刻光源

下一代超快激光等离子体加速器开发商 TAU Systems 7月17日宣布与固态激光器生产商 泰雷兹 (Thales) 达成合作。此次合作将融合泰雷兹在高峰值功率激光系统方面的深厚积淀与 TAU Systems 在激光驱动粒子加速领域的创新优势。

通过此次合作，这两家先驱企业将首次提供完整的商用激光驱动粒子与辐射源。这些系统能够产生从电子、中子到X射线和伽马射线等多种粒子与辐射。首批系统中的第一套已安装在 TAU Systems 位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的实验室（TAU Labs）。更令人瞩目的是，双方计划在首批应用中心推出创新的“束流时间即服务 (beam-time-as-a-service)”模式。这些举措将有力加速多个前沿领域的研发进程，包括：

• 航天电子设备的辐射测试

• 复杂三维结构的先进X射线成像

• 新型癌症疗法探索

  
  

  
  

TAU Systems 首席执行官 Bjorn Manuel Hegelich 表示：

“很高兴能与泰雷兹合作。多年来，泰雷兹一直是高能钛宝石科学激光器的领导者，他们的丰富经验对我们更广泛地向科学界提供激光等离子体尾波场加速技术产生了积极影响。”

泰雷兹激光系统与解决方案总监 Tugdual Le Bouar 评论道：

“依托两家公司的优势，泰雷兹和 TAU Systems 正站在开发激动人心的新产品的最前沿。这些产品将整合双方各自的技术，为最先进、最易获得的粒子和光源开辟全新的应用领域。”

泰雷兹在激光系统开发领域领跑超过 40 年，为工业应用制造高能、灯泵浦和二极管泵浦纳秒激光器，同时为科学应用提供强大的超短脉冲钛宝石飞秒激光系统，功率高达 10 拍瓦 (10 petawatts)。

TAU Systems 紧凑型加速器工作原理

粒子加速器在半导体应用、医学成像与治疗以及材料、能源和医学研究领域具有巨大潜力。然而，传统的高能粒子加速器通常需要巨大的空间——有些甚至长达数公里——导致其造价高昂，且仅限于少数国家实验室和大学使用。

TAU Systems 成功开发并严格测试了一种紧凑型激光尾波场加速器 (LWFA)。该加速器应用广泛，整套系统可容纳在一个集装箱大小的空间内。

这种紧凑型粒子加速器还可用于驱动另一种名为 X 射线自由电子激光器 (XFEL) 的设备。该设备可作为光源，用于超越极紫外光刻 (beyond EUV lithography) 的更先进芯片制造工艺，同时能够记录原子或分子尺度上的动态过程。此类动态过程的例子包括：

• 药物与细胞的相互作用

• 电池内部可能导致热失控的变化

• 太阳能电池板内的化学反应

• 病毒感染细胞时病毒蛋白的构象变化

激光尾波场加速器 (LWFA) 的概念最早于 1979 年提出。其原理是：一束极其强大的激光轰击气体靶标（如氦气），将其加热成等离子体，并产生等离子体波。这些波加速气体中的电子，从而产生高能电子束。形象地说，激光如同快艇掠过湖面，在其后方留下尾波（即等离子体尾波/波），而电子则像冲浪者一样“驾驭”着这股等离子体波。

在过去的几十年里，多个研究团队开发了更强大的 LWFA 版本。目前，Hegelich 的团队保持着最高纪录，其展示的加速梯度超过 1000 亿伏特/米——比最强大的传统加速器还要高出 1000 倍。

“要驾驭最大的浪而不被吞没很难，所以冲浪者需要摩托艇 (Jet Ski) 牵引进入浪区，” Hegelich 解释道，“在我们的加速器中，充当‘摩托艇’角色的是金属纳米颗粒。它们能在恰到好处的位置和时间释放电子，让所有电子都精准地‘坐’在波上。这样我们就能在需要的时间和位置，让多得多的电子进入波中，而不是随机分散在整个相互作用区域。这就是我们的秘诀所在。”

关于 TAU Systems

TAU Systems 是一家总部位于德克萨斯州奥斯汀的深度科技公司，致力于将首款紧凑型粒子加速器和专用 X 射线自由电子激光器商业化。这些产品融合了大型加速器的强大能力与小型化的体积优势，旨在为任何公司提供便捷、经济的束流时间获取途径。由激光驱动粒子加速器领域的顶尖专家领导，TAU Systems 正致力于推动半导体、电池、医学成像、核能等领域的进步普及化。

2023 年，TAU Systems 与德克萨斯大学合作创下一项世界纪录：成功在 10 厘米 的距离内产生了能量高达 100 亿电子伏特 (10 GeV) 的电子束。

关于泰雷兹 (Thales)

泰雷兹（巴黎泛欧交易所代码：HO）是国防、航空航天以及网络与数字领域先进技术的全球领导者。其创新的产品和服务组合致力于应对主权、安全、可持续发展和包容性等多项重大挑战。集团每年在关键领域投入超过 40 亿欧元 研发资金，尤其在人工智能、网络安全、量子及云技术等关键环境领域。泰雷兹在 68 个国家 拥有 83,000 多名 员工。2024 年，集团销售额达 206 亿欧元。