距亮度最高的第四代同步辐射光源建成又近一步 HEPS直线加速器满能量出束
5月30日，在中关村论坛重大科技成果专场发布会上，中科院高能物理研究所发布“高能同步辐射光源（HEPS）直线加速器满能量出束”。这代表着距世界上亮度最高的第四代同步辐射光源建成又近一步。
北京青年报记者了解到，高能同步辐射光源（以下简称HEPS）被认为是探测微观世界的强大工具，被称为“巨型X光机”和“超级显微镜”。根据北京科协的科普，当科学家研究物体的结构时，如果所用光的波长与研究的物体尺寸相近或更短，就能“看清”物体本身的庐山真面目。以病毒为例，通常其平均大小为150纳米，因在标准光学显微镜下无法看到，又被称作“看不见的敌人”。而同步辐射光的频谱中，含有纳米级或更短波长的光，用它来照射病毒的蛋白质晶体，依靠光束在其中衍射等现象，就能够分析出蛋白质分子的结构。
HEPS直线加速器隧道内
HEPS是中科院、北京市共建怀柔科学城的核心大科学装置，由国家发展改革委批复立项，中科院高能所承担建设，是“十三五”国家重大科技基础设施建设项目。该装置自2019年6月启动建设，建设周期6.5年。建成后，HEPS将是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一，也将是中国第一台高能量同步辐射光源，将和我国现有的光源形成能区互补，对提升我国国家发展战略与前沿基础科学和高技术领域的原始创新能力具有重大意义。HEPS建成后，将在航空航天、能源环境、生物医学、材料科学、化学工程等众多领域大显身手。
而HEPS是由加速器、光束线站及配套设施等组成。今年3月14日，HEPS直线加速器满能量出束，成功加速第一束电子束，是该装置建设的又一重要里程碑，标志着HEPS装置建设进入科研设备安装、调束并行阶段。
HEPS直线加速器是一台常温直线加速器，长约49米，用于产生电子，并将电子加速到500MeV，是电子的源头和第一级加速器，由端头的电子枪、聚束单元、加速结构、微波功率源等设备构成。
“作为HEPS率先进入设备安装的先行军，直线加速器建设团队提前规划，认真组织，克服基建施工、设备安装并行作业等困难。”HEPS工程加速器部副主任、直线加速器负责人李京祎说。
自2022年3月启动隧道设备安装开始，历经4个月完成全部设备安装，并于2022年9月完成系统联调和高功率老练。经过充分磨合和准备，3月9日启动调束，束流全线贯通，取得开门红。3月14日，直线加速器束流能量达到500MeV，末端电荷量达到额定2.5nC以上。HEPS工程总指挥潘卫民说，“直线加速器成功满能量出束，拉开了HEPS加速器调束的序幕，调束团队将在此基础上进行参数优化和性能提升，以优化直线加速器性能指标，并为后续增强器、储存环的建设打下坚实基础”。
直线加速器建设过程中，物理设计和设备研发团队坚持技术创新，取得多项成果：自主开发全新上层调束软件平台Pyapas和面向物理的调束软件，可实现多运行模式调试；创新设计内水冷结构和对称式功率耦合器的加速结构，简化了加工工艺的同时，高功率测试加速梯度达到33MV/m，处于国际同类设备先进水平；基于绝缘栅双极晶体管的固态调制器，脉冲重复稳定度优于0.02%，相比人工线型调制器提高近一个量级；长寿命、高流强的阴栅组件研制成功，发射电流达到14.7A，电流发射密度≥10A/cm^2，寿命大于9000小时。潘卫民指出，这些成果为HEPS加速器的建设、调束、运行提供了可靠的技术保障，也为先进光源建设提供了坚实的技术储备。
日前，HEPS增强器全线贯通、储存环隧道设备启动安装、光束线站前端区启动试安装，HEPS全面进入科研设备安装阶段。
文/北京青年报记者张鑫
编辑/田野