Τον Απρίλιο του 2009, το λέιζερ ηλεκτρονίων παγκόσμιας πρώτο σκληρό ακτίνας X ελεύθερο (XFEL) παρήγαγε το πρώτο φως στο εθνικό εργαστήριο επιταχυντών SLAC του αμερικανικού Τμήματος Ενέργειας. Η συνεπής πηγή φωτός Linac (LCLS) παράγει τους σφυγμούς ακτίνας X που είναι ένα δισεκατομμύριο φορές φωτεινότερο από οποιαδήποτε προηγούμενη πηγή φωτός. Από τότε, η απόδοσή της έχει φέρει τις νέες ιδέες σε πολλούς επιστημονικούς τομείς, από τη δημιουργία των χημικών «μοριακών κινηματογράφων» στη μελέτη της δομής και της μετακίνησης των πρωτεϊνών μιας νέας γενιάς των φαρμάκων και τη μίμηση της «βροχής διαμαντιών» στους γιγαντιαίους πλανήτες του ηλιακού συστήματος μας. ».
Το εθνικό εργαστήριο επιταχυντών SLAC προώθησε το lcls-ΙΙ πρόγραμμα το 2013 για να αυξηθεί η δύναμη των λέιζερ ακτίνας X από χιλιάδες χρόνοι και να παραχθούν ένα εκατομμύριο σφυγμοί ανά δευτερόλεπτο. Αυτή τη στιγμή, μόνο 120 σφυγμοί μπορούν να παραχθούν ανά δευτερόλεπτο. Η βελτίωση προγράμματος αναμένεται για να ολοκληρωθεί μέσα σε δύο έτη.
Η αρχή εργασίας του σκληρού λέιζερ ηλεκτρονίων ακτίνας X ελεύθερου διαιρείται σε δύο βήματα. Κατ' αρχάς, επιταχύνει την ισχυρή δέσμη ηλεκτρονίων σχεδόν στη ταχύτητα του φωτός. Την ακτίνα περνούν έπειτα μέσω μιας σειράς ακριβώς συντονισμένων μαγνητών σε μια συσκευή αποκαλούμενη διστάζει, η οποία μετατρέπει την ενέργεια ηλεκτρονίων στους έντονους σφυγμούς των ακτίνων X.
Αυτοί οι σφυγμοί είναι μόνο ένας εκατομμυριοστοί ενός δευτερολέπτου στο μήκος, έτσι ώστε μπορούν να συλλάβουν τη γέννηση των χημικών δεσμών και να παραγάγουν τις εικόνες με το ατομικό ψήφισμα. Το lcls-ΙΙ πρόγραμμα σχεδιάζει να εγκαταστήσει έναν νέο επιταχυντή για το εργαστήριο που μπορεί να χρησιμοποιήσει την κρυογόνο υπεραγωγική τεχνολογία για να επιτύχει ένα πρωτοφανές επαναληπτικό ποσοστό, και να εγκαταστήσει έναν νέο διστάζει που μπορεί ακριβώς να ελέγξει την ακτίνα ακτίνας X.
Το προηγούμενο έτος και ένα μισό, ο αρχικός δονητής LCLS στο εργαστήριο αντικαταστάθηκε από δύο ολοκαίνουργια συστήματα με τις ολοκαίνουργιες λειτουργίες. Κάθε συσκευή κυμάτων περιέχει χιλιάδες μαγνήτες που επεκτείνουν περισσότερα από 100 μέτρα το μαγνητικό πεδίο που παράγουν μαζί είναι δεκάδες χιλιάδων χρόνοι ισχυρότεροι από το γήινο μαγνητικό πεδίο, και η δύναμη που παράγεται είναι ισοδύναμη με μερικούς τόνους του βάρους. Συγχρόνως, η δομή του μαγνήτη δεν θα στρίψει περισσότερο από ένα εκατοστό του πλάτους ανθρώπινα μαλλιών.
Η συσκευή νέων κυμάτων σχεδιάστηκε από το εθνικό εργαστήριο Argonne στις Ηνωμένες Πολιτείες και χτίστηκε από το εθνικό εργαστήριο του Lawrence Μπέρκλεϋ, και εγκαθ:ιστώ στο εθνικό εργαστήριο επιταχυντών SLAC το προηγούμενο έτος. Οι επιστήμονες στο εργαστήριο επιταχυντών SLAC είναι σε θέση undulator να καθοδηγήσουν τις δέσμες ηλεκτρονίων των υπαρχόντων επιταχυντών LCLS μέσω της σειράς μαγνητών στο νέο «σκληρής ακτίνας X». Ακριβώς σε μερικές ώρες, παρήγαγαν το πρώτο σήμα ακτίνας X και έπειτα ακριβώς ρύθμισαν τη διαμόρφωση για να μεγιστοποιήσουν την απόδοση λέιζερ ακτίνας X.
Ο Henrik von der Lippe, διευθυντής της εφαρμοσμένης μηχανικής στα εργαστήρια του Μπέρκλεϋ, είπε: «Η παραγωγή του πρώτου φωτός είναι ένα αναμενόμενο για καιρό κύριο σημείο. Αυτή η επιστημονική δυνατότητα θα επιτρέψει τη νέα επιστημονική έρευνα.»