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，”桑迪亞科學家以色列歐文斯在談到他的團隊最近發(fā)表在《自然科學報告》上的獨特電學和光學工作時說�！皩τ跍y量高壓，該技術安全、高效且成本低廉�！�

“當你在短距離內有高壓時，傳感器會損壞，”桑迪亞經理布萊恩奧利弗說�！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乘以相同的常數來確定電壓，為多種可能的應用打開了大門。

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 加速器產生高能電子束，該束在非常致密的材料中停止并轉化為伽馬射線流——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)院設備消毒、食品巴氏殺菌、醫(yī)學成像、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。

準確地實現所需的伽馬射線輸出需要使用產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�！拔覀兺ㄟ^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。這會導致偏振光旋轉，從而改變進入光電探測器的數量。該儀器將激光束的強度轉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，”歐文斯說�！霸谖覀兊膶嶒炛�，在示波器上，幾十兆伏轉換為幾百毫伏。（一兆伏是一百萬伏；一毫伏是千分之一伏。）

“信號已經是正確的形式，我們只需要乘以一個固定常數。也不需要執(zhí)行任何繁瑣的校準或復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的好處之一。

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

歐文斯說，這項技術也適用于輸電行業(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線，這將允許在所述電路中的故障的非侵入性的檢測。