高能同步輻射光源首臺科研設備在北京安裝

6月28日上午，由國家發展改革委立項支持、中國科學院高能物理研究所承擔建設的高能同步輻射光源(HEPS)首臺科研設備在北京安裝，這一大科學裝置建成后將是中國首個高能量同步輻射光源，成為世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一，為基礎科學和工程科學等領域原創性、突破性創新研究提供重要支撐平臺。

高能同步輻射光源計劃2025年9月開始試運行，2025年年底建成提交國家驗收申請。截至2021年6月底，高能同步輻射光源建安工程約完成總工程量的70%，設備采購完成合同額的29%。預計2022年初，主要建筑單體交付使用，屆時高能同步輻射光源將全面轉入設備安裝階段。

攻克世界級挑戰滿足前沿新需求

首臺安裝的加速器設備——電子槍，位于高能同步輻射光源直線加速器端頭，是加速電子產生的源頭，采用全國產技術，自主設計、國內加工。電子槍由槍體、陶瓷桶、防暈環、陰柵組件四大部件構成，其中陰柵組件是電子槍的關鍵“卡脖子”部件。

高能同步輻射光源工程總指揮潘衛民介紹稱：“高能同步輻射光源面臨眾多世界級的挑戰，實現了一批關鍵技術的突破，如今已從樣機階段走向批量生產階段，大部分系統進入批量研制，前端即將轉入設備安裝環節。”

潘衛民表示，高能同步輻射光源的建設由加速器、光束線站以及配套設置等內容組成。按照計劃，2024年第一束同步光將出束;到2035年，線站總數將達到60條左右，總體進入世界前列，其中10條左右處于世界領先水平。

“從第三代邁向第四代光源不僅僅是技術參數上的提升，而是技術上的飛躍。”中國科學院高能物理研究所副所長、高能同步輻射光源裝置負責人董宇輝介紹道。

他表示，中國新建的高能同步輻射裝置的特點是高能量和高亮度，提供高亮度的硬X射線，同時滿足國家安全和工業核心創新能力發展的研究需求，以及基礎科學前沿研究的需求。

我國的高能同步輻射光源建成后，將與世界上正在運行的美國先進光子源(APS)、歐洲同步輻射裝置(ESRF)、日本SPring-8和德國的PETRA-Ⅲ一起，構成世界五大高能同步輻射光源，并支持包括能源、材料、生物、環境等各個領域的基礎科研。

潘衛民介紹道，新一代的同步輻射光源在加速器技術和物理設計方法上都挑戰了極限。

具體而言，這些技術包括超導高頻腔，能夠將四分之一波長結構用于加速光速粒子的主動式超導腔，提供百千瓦量級的微波功率，這在國際上沒有先例;此外，插入件解決方案也為國際首創。其他挑戰包括使用新的實驗技術，包括相干X射線衍射成像、X射線光子相關譜、納米探針、高能X射線探針等技術。

在談到在關鍵“卡脖子”技術方面的突破時，潘衛民表示，高能所自主研發了陰柵組件、數字BPM電子學等一些關鍵核心技術。

“這些技術一些研究所進口不了，也買不到。”他說道，“在中科院支持下，我們經過幾年攻關，目前陰柵組件技術基本到達進口產品水平;BPM電子學技術也與國外產品性能相當，能實現0.1微米精度測量，此外，像素陣列探測器研發也達到國際先進水平。”

探索細微物質結構的“顯微鏡”

中國科大微尺度國家研究中心教授、國家同步輻射實驗室主任封東來將HEPS比喻成一個能夠探索細微物質結構的“顯微鏡”。“四代光源在亮度和相干性方面有了巨大提升，可以更清楚地看清微觀世界，用途非常廣泛。”封東來表示。

事實上，在高能同步輻射光源建成前，中國已經在各地擁有多個先進光源，包括北京的第一代同步輻射光源、上海光源、上海軟X射線自由電子激光以及合肥先進光源等，這些光源所應用的研究領域有所不同。

中科院上海高等研究院副院長、上海光源科學中心主任趙振堂表示：“在高能同步輻射光源投入運行之前和之初，上海光源仍然是主力。未來5~10年將是上海光源運行的黃金期，線站數量將達到基本飽和。”

上海光源作為第三代同步輻射光源，目前已建成15條光束線與19個實驗站，也是我國用戶和成果最多的大科學裝置。截至2019年底，已有來自全國各地544家單位約2900個課題組的25000多名研究人員來此開展實驗。

趙振堂表示：“目前第四代軟X射線光源已經建成，未來將會和上海光源聯合開發運行，此外，硬X射線自由電子激光也在建設中，總投資超過100億元。未來可以把自由電子激光和相干輻射概念結合到同步輻射光源，把光變成相干光，提高亮度。”

據了解，上海的軟X射線自由電子激光近日獲得首批數據，研制使用步入國際先進水平。“張江集聚了光源的大科學裝置平臺設施集群，這研究設施的組合，能為我國科技發展提供先進工具和支撐平臺。”趙振堂表示。

建成以來，上海光源支持用戶在物理、材料、能源與催化、生命與健康等諸多領域聚焦研究重大基礎科學前沿問題和關鍵核心技術問題，取得了一批重大成果。

趙振堂強調，上海光源在生命科學領域的研究發揮了重要作用，尤其是對于制藥和基于結構分析的藥物研制和篩選來說意義重大，這也有助于整體提升我國同步輻射光源的應用水平。“新冠重組疫苗和新冠中和抗體藥物的結構研發都使用了上海光源的平臺。”趙振堂透露道，“第三代同步輻射光源已成為助力科學家解決關鍵科學技術問題的利器。”

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