每日聚焦：怀柔科学城里的超大号“X光机”，“照亮”微观世界

发布日期： 2023-02-03 17:41:00 来源：怀柔融媒

新时代新征程新伟业

——展翅腾飞看怀柔

(资料图)

【展翅腾飞看怀柔】专栏

今天又和大家见面了

今年的“我”有些特别

会通过话题互动的方式

和大家一起看怀柔

快快动起来

有大奖等着你

小编再问个问题

在生活中

如果观察肉眼可见、体积较小的物品时

你会用到什么？

答案：放大镜

在科学的世界当中

当我们要观察微观世界时

同样需要一个放大镜

在怀柔科学城

就有这样一个装置

高能同步辐射光源

建筑外形像一个放大镜

它可以探索微观世界

近日

该装置又有了新进展

储存环隧道设备安装正式启动

今天

跟着记者走近

国家重大科技基础设施

高能同步辐射光源

探索它的奥秘

↑高能同步辐射光源（效果图）

高能同步辐射光源（HEPS），也被称为“希望之光”。是我国建设的首台第四代同步辐射光源。它如同一个超大号的X光机，可以“照亮”微观世界，通过对微观结构多维度、实时、原位表征，为物质做“体检”，揭示物质微观结构生成及演化机制。这个全球最“亮”的光源正在建设之中，计划2025年建成。

↑高能同步辐射光源

该装置位于园区核心区域，从空中俯瞰，高能同步辐射光源由三栋主体建筑构成，整体建筑外形酷似一个放大镜，寓意“探测微观世界的利器”。其中，综合实验楼和用户服务楼构成“放大镜”的“手柄”，最大的圆环状建筑则是光源装置区域，如同“放大镜”的“镜框”。

↑高能同步辐射光源

走进HEPS的实验大厅，给人的感觉就像进了体育馆，有着长长的跑道，这里是各光束线站的位置所在。光束线站是HEPS的主体部分之一，是HEPS服务用户的客户端，也是科研人员利用光源开展科学研究、产出科研成果的地方。

↑实验大厅（酷似跑道）

屏蔽墙也十分与众不同，与我们平时见到的平整墙面不同，每隔一段距离，这个屏蔽墙就会有一个“锯齿”状凸出，“锯齿”上有一个45公分见方的小“窗户”。这是前端区的出光孔，是连接储存环和实验站的“桥梁”。同步光将从这个孔射出，根据实验需求经调制后进入实验站供各领域用户开展科学实验。

↑出光孔（图中红色箭头所指部分）

在这个主体建筑里，分布着电子注入器（直线加速器+增强器）、电子储存环、光束线站等，目前，直线加速器和增强器设备安装基本完成，电子储存环在2月1日已经启动安装。

↑直线加速器

有了接近于光速

沿环形运动电子束

才能得到高质量的光源

电子束又是从何而来呢？

先来认识一下电子枪

↑电子枪

电子枪产生高品质的电子束，经直线加速器将电子束加速到0.5GeV的高能量，注入周长450多米的环形增强器，继续提高能量到额定的6GeV。此时的电子束接近光速，然后被注入至更大的圆环——周长1360米的储存环，以接近光速的速度保持运动。在储存环上的不同位置，电子束通过弯转磁铁或者各种插入件时，会沿着偏转轨道切线方向释放出稳定而且高能量、高亮度的光——同步辐射光。

↑增强器

据了解，接近光速的带电粒子在做曲线运动时沿切线方向发出的电磁辐射，即为同步辐射光。就像下雨时，我们快速转动雨伞，沿着雨伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠。

“你可以把HEPS看成一个具有超精密、超快、超穿透能力的巨型X光机，就像我们在医院拍X光片可以穿透衣服、皮肤看清身体内脏和骨骼，帮助医生诊断。HEPS产生的小光束可以穿透物质、深入内部进行立体扫描，从分子、原子尺度观察微观世界之中的时空流变，协助科研人员研究物质微观机理，助力国家需求和科学前沿研究。”工作人员告诉记者。

↑磁铁

在已经完成主体设备安装的增强器隧道中，一眼望去，你会被许多五颜六色、形状各异的“大家伙”所吸引。“这是磁铁系统，第四代同步辐射光源中最为关键的系统之一，控制着电子的方向。”工作人员介绍，加速器绝大多数能看到的设备都是磁铁。在环形增强器中，仅磁铁就有数百块。而在储存环中，使用的磁铁数量将超过1700块。

记者了解到，不同颜色的磁铁具有不同的功能。比如，红色的长方体状磁铁是二极铁，可以让电子“转弯”；蓝色的有四个极头的磁铁是四极铁，可以把那些“想往外跑”的电子拉回“正途”、与其他电子抱得更紧；六极、八极磁铁则是为了让电子束流运动更加稳定。

↑二极磁铁

经过加速的电子束最后到达储存环，储存环与实验大厅一墙之隔，连接储存环和实验站的就是经过出光口的光束线。

HEPS储存环加速器的束流轨道周长约为1360.4m，电子束流能量为6GeV，亮度高于1×10^22 phs/s/mm^2/mrad^2/0.1%BW，通过采用7BA弯铁消色散的结构单元，实现电子束流的水平自然发射度优于60pm·rad，提供高相干性等特点的同步辐射光，这也是第四代衍射极限光源的主要特点。

↑储存环

目前

实验大厅

光束线站棚屋启动安装

U型前端区设备启动试安装

首台自主研制的

镜箱和单色器顺利通过出厂验收

高精度晶体加工和检测技术取得阶段进展

↑光束线站棚屋

项目正加快建设

期待高能光源的第一束光

怀柔科学城这座倡导