激光—等離子體加速的想法，于上世紀70年代末，由德克薩斯大學奧斯汀分校物理學家Toshiki Tajima和加州大學洛杉磯分校物理學家John Dawson共同提出。從上世紀90年代開始，科學家一直嘗試在實驗上驗證這一概念，但是受到激光器功率的限制，最大能量多年來一直徘徊在1 GeV左右。

　　近期，德克薩斯大學奧斯汀分校Mike Downer教授的研究小組成功地在1英寸的距離內將約5億個電子加速到2 GeV。研究結果發(fā)表在《自然通訊》雜志（Nat. Commun. 4， 1988）上。

　　Downer說：“到目前為止，將電子加速到2 GeV這一級別的能量需要長度超過2個足球場的傳統(tǒng)加速器，而我們實驗中所用的設備尺寸縮減了近10，000倍。2GeV加速器產生的電子可以轉換成‘硬’X射線，亮度比肩大型裝置產生的X射線。對實驗條件進一步優(yōu)化后，我們甚至可以驅動X射線自由電子激光器——目前可用的最亮X射線源。”

　　臺式X射線激光將為化學家和生物學家?guī)砭薮笞兏铮核麄兛梢允褂眠@種高亮度的X射線在原子精度和飛秒時間分辨率上研究物質和生命的分子基礎，而無需使用大型的國家裝置。

　　Downer說：“我們能夠產生的這種X射線具有飛秒量級的脈寬，分子振動和最快的化學反應就發(fā)生在這個時間尺度上。例如，這種X射線具有足夠高的能力和亮度，使我們能夠看見活體樣本中單個蛋白質分子的原子結構。”

　　Downer和他的同事利用激光—等離子體加速產生能量高到足以產生X射線的電子；該方法使用超短超強激光脈沖轟擊氣體云團，使其電離形成等離子體。Downer說：“該方法還能夠記錄自身內部結構。首先，將電子從背景離子中分離出來，并創(chuàng)建巨大的內部空間電荷場。接著，帶電粒子從等離子體中溢出，被空間電荷場俘獲，以接近光速的速度沿激光脈沖前進方向移動，并在空間電荷場中獲得加速。”

　　該研究小組在實驗中使用了Texas拍瓦激光器，因而他們所使用的氣體密度遠遠低于前期實驗中的氣體密度。Downer說：“氣體密度越低，激光脈沖傳輸速度越快。但是，就前幾代激光器而言，如果氣體密度過低，就沒有足夠的電子注入到加速器中，因而什么也得不到。”

        Downer說：“現在，2GeV加速器的可操作行已經得到了證實，預計未來幾年內將研發(fā)出10GeV加速器，可用于做生物學家和化學家所期望的X射線分析。我認為，實現10GeV電子產生無需重大突破。如果我們能夠保證未來幾年的研究經費到位的話，所有這一切都可以發(fā)生?，F在，市場上已經開始銷售商用拍瓦激光器。只要我們能夠做的更好，生產商就將可以開發(fā)出10GeV加速器模塊。然后，化學家和生物學家等終端用戶就可以獲得更多的創(chuàng)新和發(fā)現。我還相信，未來十年內就可以研發(fā)出類似規(guī)模（幾厘米長）的20GeV加速器。”