中新網(wǎng)北京3月27日電 (記者 孫自法)作為設(shè)計(jì)亮度世界最高的第四代同步輻射光源和中國第一臺(tái)高能量同步輻射光源，中國國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高能同步輻射光源(HEPS)3月27日在北京宣布啟動(dòng)帶光聯(lián)調(diào)，標(biāo)志著該大科學(xué)裝置建設(shè)進(jìn)入沖刺階段。
實(shí)現(xiàn)引出束流的循環(huán)再利用
高能同步輻射光源工程總指揮、中國科學(xué)院高能物理研究所(高能所)潘衛(wèi)民研究員介紹說，截至2025年1月，經(jīng)過多輪束流調(diào)試，高能同步輻射光源儲(chǔ)存環(huán)束流流強(qiáng)達(dá)到40毫安以上，發(fā)射度降低到93皮米弧度。電子束流的發(fā)射度是描述電子束質(zhì)量和特性的重要參數(shù)之一，發(fā)射度越小，說明電子束在橫向的分散程度越小，電子束的運(yùn)動(dòng)分布越接近于束流的軸向，束流的品質(zhì)越好，發(fā)出的同步輻射光的亮度越高。
高能同步輻射光源(HEPS)航拍圖。中國科學(xué)院高能所 供圖2025年1月，高能同步輻射光源還實(shí)現(xiàn)一種創(chuàng)新的注入引出機(jī)制，即基于增強(qiáng)器高能累積的置換注入。為應(yīng)對緊密的磁聚焦結(jié)構(gòu)和超小動(dòng)力學(xué)孔徑帶來的挑戰(zhàn)，高能同步輻射光源利用增強(qiáng)器作為高能累積環(huán)，將儲(chǔ)存環(huán)中待替換的束團(tuán)引出并回注到增強(qiáng)器中，與低電荷量電子束融合，累積成高電荷量束團(tuán)，經(jīng)進(jìn)一步加速，再注入至儲(chǔ)存環(huán)，實(shí)現(xiàn)在軸置換注入。
潘衛(wèi)民指出，這種方案減小了增強(qiáng)器低能階段對單束團(tuán)電荷量的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)引出束流的循環(huán)再利用，使得高能同步輻射光源加速器更加綠色環(huán)保。
極大提高成像數(shù)據(jù)獲取效率
高能同步輻射光源首期建設(shè)14條用戶光束線站和1條測試線站，其中，硬X射線成像線站HXI是其特色線站之一，可提供高空間相干的高能X射線。2024年10月中旬，高能同步輻射光源儲(chǔ)存環(huán)W73扭擺器發(fā)射的高能同步光經(jīng)350米光束線調(diào)制抵達(dá)HXI實(shí)驗(yàn)站。
高能同步輻射光源(HEPS)直線加速器出束。中國科學(xué)院高能所 供圖經(jīng)過緊張的帶光調(diào)試，線站團(tuán)隊(duì)利用鋼板預(yù)制裂紋標(biāo)樣，結(jié)合自主研發(fā)的超高像素?cái)?shù)、高分辨、高靈敏的面探測器，開展相襯成像對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與常規(guī)光源對比，HXI線站的光穿透更深、分辨率更高，靈敏度顯著提高，可檢出的裂紋顯著增加，成像的對比度也大大提高。
高能同步輻射光源工程常務(wù)副總指揮、中國科學(xué)院高能所副所長董宇輝研究員說，線站團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的像素?cái)?shù)世界領(lǐng)先的高能X射線成像探測器在衍射成像模式下，單次掃描即可并行獲得幾十萬個(gè)樣品點(diǎn)的衍射信號(hào)，極大提高了衍射成像數(shù)據(jù)獲取效率，同時(shí)，該線站依托高能同步輻射光源高能、低發(fā)射度的優(yōu)勢，創(chuàng)新設(shè)計(jì)插入件組，采用超長物源距，可提供能量高達(dá)300千電子伏特的高能X光，空間相干長度是國際先進(jìn)水平的3.5倍。
HXI線站可實(shí)現(xiàn)難以兼得的強(qiáng)穿透且高靈敏度、大視場且高分辨X射線成像，將為航空航天工程材料研究、全腦介觀3D成像等前沿領(lǐng)域提供強(qiáng)有力的科研支撐。
工程正式進(jìn)入帶光聯(lián)調(diào)階段
中國科學(xué)院高能所項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)表示，高能同步輻射光源工程首期多條光束線站啟動(dòng)帶光調(diào)試，開展特色樣品實(shí)驗(yàn)，儲(chǔ)存環(huán)電子束流品質(zhì)的優(yōu)化，使得光束線站實(shí)驗(yàn)質(zhì)量進(jìn)一步提升，加速器、光束線站帶束帶光聯(lián)合調(diào)試，相互促進(jìn)指標(biāo)優(yōu)化，高能同步輻射光源工程正式進(jìn)入帶光聯(lián)調(diào)階段。
高能同步輻射光源(HEPS)增強(qiáng)器出束。中國科學(xué)院高能所 供圖據(jù)悉，高能同步輻射光源是中國“十三五”期間優(yōu)先建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，是國家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)立項(xiàng)，中國科學(xué)院、北京市共建懷柔科學(xué)城的核心裝置，由中國科學(xué)院高能所承擔(dān)建設(shè)。
高能同步輻射光源于2019年6月啟動(dòng)建設(shè)，建設(shè)周期6.5年。目前，這一大科學(xué)裝置已完成加速器和第一批光束線站的建設(shè)，并開展多輪束流調(diào)試和帶光調(diào)試。(完)