超导粒子加速器是美国能源部SLAC国家加速器实验室直线加速器相干光源(LCLS，即X射线自由电子激光器)的升级版，并且已经实现极低工作温度可至?456 ℉ (= 2 K)。在此温度下，粒子加速器转变为超导体，提高电子能量的同时几乎没有其它能量损耗。虽然加速器早在4月就达到了2 K的最终温度，但SLAC于5月10日才公开报告加速器已准备初始运行。
这一成就意味着，与先前LCLS相比，LCLS-II阶段将产生平均亮1万倍的X射线脉冲，极低温的实现更是这一里程碑式发展的终点线，此外，脉冲也有望达到每秒100万次。若具备以上能力，研究复杂材料的前沿科学家可以享受到前所未有的分辨率，推动新一代的计算和通信技术，揭示罕见和短暂的化学过程，，助力可持续的能源产业和清洁能源技术的创新，研究生物分子如何发挥生理功能和开发新型药物，并且通过直接探测单原子的运动来研究量子机制。
LCLS的负责人Mike Dunne说：“在短短几个小时内，LCLS-II产生的X 射线脉冲比当前激光器整个生命周期内产生的X 射线脉冲还要多。以前需要几个月才能收集的数据，现在几分钟内就可以生成。”
图1 LCLS-II设施将产生世界上最强大的X射线，帮助科学家研究世界如何在超小、超快尺度下的运行，并且对从量子设备到清洁能源等领域产生影响
利用世界上最强大的 X 射线，科学家们能够在更宽的能量范围内并行使用两个X射线激光器进行实验，对超快过程进行连续拍照，并且探测精细样本。此外，在较短的时间内收集更多数据，可以进行更多的实验，大大提高实验效率。
2009 年，LCLS产生的第一束光 X 射线脉冲比以往任何光都要亮 10 亿倍。由于LCLS 在室温下通过铜管加速电子，其速率被限制为每秒 120 个 X 射线脉冲。2013 年，SLAC 启动了升级项目—LCLS-II ，将速率提升到每秒 100 万个脉冲，并将X 射线激光器的功率提高数千倍。研究人员安装了37个装有珍珠状铌金属腔串的低温加速器模块，该低温加速器模块被三层嵌套的冷却设备包围，逐层降低温度，直到达到绝对零度附近，此时，铌腔转变为超导体（如图2）。
直线加速器配备了两台氦低温装置，其中一台将氦气从室温冷却到稍高于绝对零度的液相，液氦为加速器提供冷却剂。除了一个新的加速器和一个低温装置外，团队还增加了一个新的电子源和两组新的波荡器，可以产生硬 X 射线和软 X 射线。硬 X 射线使研究人员能够在原子水平上对材料和生物系统进行成像，软 X 射线可以捕获能量如何在原子和分子之间转移，跟踪化学反应并提供对能源技术的认识。
图2 直线加速器中两个氦低温装置示意图
当腔体冷却完毕，研究人员利用超过1 MW的高功率微波加速来自电子源的电子束。通过空腔的电子将从微波中吸收能量，因此当电子通过37 个低温加速器模块后，它们将以接近光速的速度运动。然后电子将被引导到波荡器，使电子束向前振荡。以上项目得到了能源部科学办公室的支持。
