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HEPS高能同步輻射光源：照亮材料微觀世界之光

來源：時間：2022-07-15 10:39:21 瀏覽：1846次

HEPS是國家“十三五”重大科技基礎設施，HEPS項目由加速器、光束線站及配套設施等組成，其總建筑面積約12.5萬平方米，主體環(huán)形建筑周長約1.5千米，坐落在北京雁棲湖畔的懷柔科學城，如同放大鏡的鏡框放置在群山環(huán)繞之中。HEPS項目安裝有儲存環(huán)加速器、光學元件、衍射儀等科學儀器。其中的儲存環(huán)里，分布著2400多塊磁鐵及各類高精尖設備。

HEPS高能同步輻射光源項目

“同步輻射是指接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿切線方向發(fā)出的電磁輻射，也叫作同步光。為了研究材料內部結構與變化的過程，科研人員需要借助強力的科研裝置進行探測解析。”中科院高能物理研究所副所長、HEPS工程常務副總指揮董宇輝研究員說，作為研究物質內部結構的平臺，HEPS能對物質內部進行多維度掃描，“HEPS運行的首要目標，就是提供高能、高亮度的硬X射線。”

產生X射線的常見方式有兩種：一是用加速后的電子轟擊金屬靶，產生X射線；二是在同步輻射裝置中，當電子以接近光速的速度“飛行”時，會在磁場作用下發(fā)生曲線運動，沿著彎轉軌道切線方向發(fā)射連續(xù)的電磁輻射。 “這就像下雨時，我們快速轉動雨傘，沿著雨傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠。”董宇輝說，與常規(guī)X射線相比，同步輻射光源產生的同步輻射光頻譜更寬、亮度更高、相干性和準直性更好。

同步輻射光源根據(jù)加速器中電子的能量，可以分為低、中、高三種，各有側重。董宇輝介紹，HEPS側重于對微觀結構及演變的多維度、實時、原位表征，可用于航空發(fā)動機單晶葉片等工程材料結構的多維度表征和1微米量級蛋白質分子結構演變表征等。“作為探測物質結構的探針，X射線的光源亮度是最為關鍵的指標——更高的亮度能將物質內部的微觀結構‘看’得更清楚。因此，獲得更高亮度的X射線源一直是科學家孜孜以求的目標。”

多年來，我國持續(xù)發(fā)展同步輻射光源，有力支撐了國內基礎科學的發(fā)展。但我國目前所擁有的同步輻射裝置均處于中、低能區(qū)，能區(qū)地域分布、光譜亮度等還滿足不了經濟發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求。建設更高亮度的第四代高能同步輻射光源，成為潘衛(wèi)民、董宇輝等我國當代“追光人”的一大愿望。

HEPS項目建設歷程：

2008年，HEPS科研團隊就開始對我國建設HEPS的必要性和可行性進行論證。此后經過近十年攻關，科研人員成功完成關鍵技術攻關和樣機研制任務，具備了建設先進高能同步輻射光源的能力。

2019年6月，HEPS開工啟動，建設周期6.5年，預計將于2025年12月底竣工。建成后，它將在材料科學、化學工程、能源環(huán)境、生物醫(yī)學、航空航天等眾多領域大顯身手。

2021年6月28日，HEPS首套科研設備——電子槍（直線加速器端頭，即加速電子產生的源頭）安裝完成，標志著HEPS工程正式進入設備安裝階段。

目前，HEPS各建筑單體已陸續(xù)交付設備安裝。可以預見，3年后，全球“最亮”的光源將照亮微觀世界物質的結構奧秘。

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