Nell'aprile 2009, il primo laser a elettroni liberi duro dei raggi x del mondo (XFEL) ha prodotto la prima luce al laboratorio nazionale dell'acceleratore di SLAC del Dipartimento per l'energia di Stati Uniti. La sorgente luminosa coerente di Linac (LCLS) produce gli impulsi dei raggi x che sono un miliardo volte più luminosi di tutta la sorgente luminosa precedente. Da allora, la sua prestazione ha portato le nuove comprensioni in molti campi scientifici, dal creare «i film molecolari» chimici allo studio la struttura e del movimento delle proteine di una nuova generazione di droghe ed a simulare «la pioggia del diamante» nei pianeti giganti del nostro sistema solare. ».
Il laboratorio nazionale dell'acceleratore di SLAC ha lanciato nel 2013 il progetto di LCLS-II per aumentare il potere dei laser a raggi x da migliaia di periodi e per generare un milione di impulsi al secondo. Attualmente, soltanto 120 impulsi possono essere generati al secondo. L'aggiornamento del progetto si pensa che completi in due anni.
Il principio di lavoro di laser a elettroni liberi duro dei raggi x è diviso in due punti. In primo luogo, accelera il fascio di elettroni potente quasi alla velocità della luce. Il fascio poi è passato con una serie di magneti precisamente sintonizzati in un dispositivo chiamato a esita, che converte l'energia di elettrone in impulsi intensi dei raggi x.
Questi impulsi sono soltanto un milionesimi di un secondo di lunghezza, di modo che possono catturare la nascita dei legami chimici e produrre le immagini con risoluzione atomica. Il progetto di LCLS-II progetta di installare un nuovo acceleratore per il laboratorio che può usare la tecnologia superconduttrice criogenica per raggiungere un tasso senza precedenti di ripetizione ed installa un nuovo esita che può controllare precisamente il fascio di raggi x.
Nell'anno e mezzo passato, il pulsatore originale di LCLS in laboratorio è stato sostituito da due sistemi nuovissimi con le funzioni nuovissime. Ogni dispositivo dell'onda contiene migliaia di magneti che estendono più di 100 metri; il campo che magnetico producono è insieme decine di migliaia di volte più forte del campo magnetico della terra e la forza generata è equivalente ad alcune tonnellate di peso. Allo stesso tempo, la struttura del magnete non torcerà più di un centesimo della larghezza dei capelli umani.
Il dispositivo del new wave è stato progettato dal laboratorio nazionale di Argonne negli Stati Uniti ed è stato sviluppato da Lawrence Berkeley National Laboratory ed è stato installato al laboratorio nazionale dell'acceleratore di SLAC durante l'anno scorso. Gli scienziati al laboratorio dell'acceleratore di SLAC possono guidare i fasci di elettroni di acceleratori attuali di LCLS con la matrice del magnete nel nuovo «undulator dei raggi x duri». Appena in alcune ore, hanno generato il primo segnale dei raggi x e poi precisamente hanno regolato la configurazione per massimizzare la prestazione del laser a raggi x.
Henrik von der Lippe, direttore di ingegneria a Berkeley Laboratories, ha detto: «La generazione della prima luce è una pietra miliare attesa da tempo. Questa funzione scientifica permetterà alla nuova ricerca scientifica.»