设计亮度世界最高中国首台高能量同步辐射光源启动带光联调

2025-03-31 09:31世界最高

中新网北京3月27日电 (记者孙自法)作为设计亮度世界最高的第四代同步辐射光源和中国第一台高能量同步辐射光源，中国国家重大科技基础设施——高能同步辐射光源(HEPS)3月27日在北京宣布启动带光联调，标志着该大科学装置建设进入冲刺阶段。

实现引出束流的循环再利用

高能同步辐射光源工程总指挥、中国科学院高能物理研究所(高能所)潘卫民研究员介绍说，截至2025年1月，经过多轮束流调试，高能同步辐射光源储存环束流流强达到40毫安以上，发射度降低到93皮米弧度。电子束流的发射度是描述电子束质量和特性的重要参数之一，发射度越小，说明电子束在横向的分散程度越小，电子束的运动分布越接近于束流的轴向，束流的品质越好，发出的同步辐射光的亮度越高。

高能同步辐射光源(HEPS)航拍图。中国科学院高能所供图

2025年1月，高能同步辐射光源还实现一种创新的注入引出机制，即基于增强器高能累积的置换注入。为应对紧密的磁聚焦结构和超小动力学孔径带来的挑战，高能同步辐射光源利用增强器作为高能累积环，将储存环中待替换的束团引出并回注到增强器中，与低电荷量电子束融合，累积成高电荷量束团，经进一步加速，再注入至储存环，实现在轴置换注入。

潘卫民指出，这种方案减小了增强器低能阶段对单束团电荷量的需求，同时实现引出束流的循环再利用，使得高能同步辐射光源加速器更加绿色环保。

极大提高成像数据获取效率

高能同步辐射光源首期建设14条用户光束线站和1条测试线站，其中，硬X射线成像线站HXI是其特色线站之一，可提供高空间相干的高能X射线。2024年10月中旬，高能同步辐射光源储存环W73扭摆器发射的高能同步光经350米光束线调制抵达HXI实验站。

高能同步辐射光源(HEPS)直线加速器出束。中国科学院高能所供图

经过紧张的带光调试，线站团队利用钢板预制裂纹标样，结合自主研发的超高像素数、高分辨、高灵敏的面探测器，开展相衬成像对比实验。实验结果表明，与常规光源对比，HXI线站的光穿透更深、分辨率更高，灵敏度显著提高，可检出的裂纹显著增加，成像的对比度也大大提高。

高能同步辐射光源工程常务副总指挥、中国科学院高能所副所长董宇辉研究员说，线站团队自主研发的像素数世界领先的高能X射线成像探测器在衍射成像模式下，单次扫描即可并行获得几十万个样品点的衍射信号，极大提高了衍射成像数据获取效率，同时，该线站依托高能同步辐射光源高能、低发射度的优势，创新设计插入件组，采用超长物源距，可提供能量高达300千电子伏特的高能X光，空间相干长度是国际先进水平的3.5倍。

HXI线站可实现难以兼得的强穿透且高灵敏度、大视场且高分辨X射线成像，将为航空航天工程材料研究、全脑介观3D成像等前沿领域提供强有力的科研支撑。

工程正式进入带光联调阶段

中国科学院高能所项目团队表示，高能同步辐射光源工程首期多条光束线站启动带光调试，开展特色样品实验，储存环电子束流品质的优化，使得光束线站实验质量进一步提升，加速器、光束线站带束带光联合调试，相互促进指标优化，高能同步辐射光源工程正式进入带光联调阶段。

高能同步辐射光源(HEPS)增强器出束。中国科学院高能所供图

据悉，高能同步辐射光源是中国“十三五”期间优先建设的国家重大科技基础设施之一，是国家发展和改革委员会批复立项，中国科学院、北京市共建怀柔科学城的核心装置，由中国科学院高能所承担建设。

高能同步辐射光源于2019年6月启动建设，建设周期6.5年。目前，这一大科学装置已完成加速器和第一批光束线站的建设，并开展多轮束流调试和带光调试。(完)