伽馬射線發(fā)生器 HERMES III，高能輻射兆伏電子源，由 Chris Kirtley 和前桑迪亞員工 JJ Montoya 在桑迪亞國家實驗室進行調(diào)整，以備下次拍攝。來源：蘭迪蒙托亞

自從第一個人將手放在未絕緣的電線上以來，人們就一直避免親自測試高能材料。即使是金屬制成的儀表也會在高壓下熔化。

現(xiàn)在，使用比一角硬幣還小的晶體和比鞋盒小的激光器，桑迪亞國家實驗室的一個團隊在不接觸電流的情況下安全地測量了 2000 萬伏特。（住宅電壓一般為120伏。）

“在我們的實驗之前，沒有人在世界任何地方直接測量過這么大的電壓，”桑迪亞科學(xué)家以色列歐文斯在談到他的團隊最近發(fā)表在《自然科學(xué)報告》上的獨特電學(xué)和光學(xué)工作時說�！皩τ跍y量高壓，該技術(shù)安全、高效且成本低廉�！�

“當(dāng)你在短距離內(nèi)有高壓時，傳感器會損壞，”桑迪亞經(jīng)理布萊恩奧利弗說�！耙陨�列的診斷可以在這些高電場中存活下來，從而使我們能夠在以前不可能的環(huán)境中確定電壓。”

該成就將每個電場讀數(shù)乘以相同的常數(shù)來確定電壓，為多種可能的應(yīng)用打開了大門。

這項工作是在桑迪亞的高能輻射兆伏電子源 (HERMES III) 進行的，建筑物大小的加速器將強大的電脈沖轉(zhuǎn)化為稱為伽馬射線的高能光子。

歐文斯說：“能夠測量 Hermes III 的輸出電壓而不是僅僅計算它使我們能夠準確定義伽馬射線的能量。” “而且我們的晶體激光系統(tǒng)可以在不干擾實驗環(huán)境的情況下做到這一點�！�

精確測量伽馬射線能量的好處

HERMES 加速器產(chǎn)生高能電子束，該束在非常致密的材料中停止并轉(zhuǎn)化為伽馬射線流——電磁波譜中能量最高的部分。這些射線具有廣泛的用途，包括醫(yī)院設(shè)備消毒、食品巴氏殺菌、醫(yī)學(xué)成像、煙霧探測器、測量非常薄材料的厚度等等。

由于核武器也會產(chǎn)生伽馬射線，因此在實驗室中制造它們可以確定軍用和民用設(shè)備在暴露于這些能量流時是否可以繼續(xù)發(fā)揮作用。

準確地實現(xiàn)所需的伽馬射線輸出需要使用產(chǎn)生它們的電壓進行校準；因此，需要一種可以測量高壓而不會被破壞的傳感器。

歐文斯說，使用激光作為遠程測量工具的想法并不新鮮。激光紅外傳感器用于遠距離安全測量前額溫度。激光測距儀可以確定房間的大小，而業(yè)主無需調(diào)整距離。

“我們的程序有點不同：我們沒有將激光直接指向一個物體來測量它的電壓，”他說。“我們通過使用激光簡單地詢問次級物體——鈮酸鋰晶體來確定這些信息�！�

巨大的能量場改變了微小的晶體

放置不到半英寸長的晶體，使電場通過它的側(cè)面，與沿晶體軸傳播的偏振激光束成直角。

電場使晶體的光子在偏振光束的垂直和水平方向以不同的速度傳播，從而改變了晶體傳輸光的能力。這會導(dǎo)致偏振光旋轉(zhuǎn)，從而改變進入光電探測器的數(shù)量。該儀器將激光束的強度轉(zhuǎn)換為可在示波器上讀取的簡單電壓。

“在示波器上測量的電壓與可以計算電壓的電場強度直接相關(guān)，”歐文斯說。“在我們的實驗中，在示波器上，幾十兆伏轉(zhuǎn)換為幾百毫伏。（一兆伏是一百萬伏；一毫伏是千分之一伏。）

“信號已經(jīng)是正確的形式，我們只需要乘以一個固定常數(shù)。也不需要執(zhí)行任何繁瑣的校準或復(fù)雜的后處理來確定電場和電壓�！�

歐文斯說，用新傳感器測量的高壓與通過計算和其他間接測量所預(yù)期的非常吻合。

歐文斯說，準確測量伽馬射線能量可能只是新測量技術(shù)的好處之一。

“目前，這是一個用于研究的實驗室設(shè)備，但隨著它的發(fā)展，它可以進入各種加速器設(shè)施，其中一系列晶體可以在多個遠程位置提供電壓讀數(shù)，”他說。

歐文斯說，這項技術(shù)也適用于輸電行業(yè)、汽車制造商、閃電研究中心“或任何人想要遠程測量或監(jiān)控非常高的能源”。該設(shè)備還可以“看到”在從遠處的壁的電短路，由于在電磁中斷字段周圍的載流導(dǎo)線，這將允許在所述電路中的故障的非侵入性的檢測。