世界最亮同步輻射光源建設將於北京開建

上海光源

世界上最先進的第四代光源——高能同步輻射光源即將於今年年中在北京懷柔科學城開工建設。這個國家重大科技基礎設施的預研驗證裝置，於1月31日在北京通過了國家驗收。這表明，即將在北京懷柔建設的高能同步輻射光源在技術上是可行的，它所要建設的各種高精尖設備裝置工業上也是有能力製造的。

高能同步輻射光源是前沿基礎科學、工程物理和工程材料等戰略高技術研究不可或缺的手段，是一種極亮的大號「顯微鏡」。目前中國大陸已有3個同步輻射光源：藉助北京正負電子對撞機伴生的同步輻射裝置、合肥光源、上海光源。它們代表我國三代光源的技術水平。而準備建設的北京懷柔光源屬於第四代光源，是中國也是世界上最先進的光源。中科院高能物理所所長王貽芳院士說，同步輻射光源經歷了三代的發展。三代之間的最主要區別在於，作為發光光源的電子束斑尺寸和電子發散程度。

中科院高能物理所副所長、項目工程經理秦慶則形象地說明了第四代光源的特點：亮度比第三代光源高出兩個數量級（百倍）。「可以更清楚地了解材料的內部結構，這對材料科學和生命科學的發展具有重要作用。」

然而，要實現這一「透視理想」，技術上具有極大挑戰，第四代光源中的部分設備有些是此前還沒有做過的，還有些只是理論上存在的。為此，國家發改委在2013年就把第四代光源的預研裝置——高能同步輻射光源驗證裝置（HEPS-TF）列為「十二五」期間重點建設的國家重大科技基礎設施之一，僅建設預研裝置就破紀錄地支持了3.2億元資金，希望解決技術難題，驗證那些只在理論上存在的技術方案的可行性。

如今，HEPS-TF項目建設法人單位中科院高能物理所和共建單位北京科技大學，交出了一份令人滿意的答卷。以陳佳洱院士為組長的驗收專家組認為，預研裝置總體性能達到同類設備國際先進水平，取得了一系列重大技術成果，驗證了先進高能同步輻射光源關鍵技術的可行性，顯著提升了我國在磁鐵、電源、探測器及電子學等領域中相關產業的技術水平和自主創新能力。

秦慶說，HEPS-TF項目就高能加速器、光束線和實驗站的多個關鍵技術難點攻關，研製了多個關鍵性樣機，並完成了未來懷柔所建光源的物理設計和工程方案，預留了進一步升級到衍射極限儲存環的可能，可以說已經具備了建設全球最高亮度同步輻射光源的能力。

在HEPS-TF項目研究中，科研人員做出一系列創新成果，比如國內首次成功研製了超高梯度（80T/m）四極鐵、大間隙高場強（2.6T）超導扭擺器和納秒級快脈衝衝擊器系統；自主研製了與進口設備性能相當的300A高精度電流感測器和數字束流位置測量電子學系統；成功研製了國際上首個166MHz加速電子的1/4波長超導原型腔；突破了超高溫、大載荷、大變形和多環境因素耦合等原位環境與同步輻射實驗技術集成的瓶頸，具備了工程材料製備、加工和近服役條件等過程的同步輻射原位表徵研究能力。另外，自主設計研製的二維X射線像素陣列探測器是我國高端X射線探測器研製的重要突破。正因此，驗收專家組認為，HEPS-TF項目的完成「為我國建設先進的高能同步輻射光源奠定了堅實的技術基礎」。

項目首期建設加速器、14條公共光束線站及配套土建工程等，新建建築面積12.5萬平方米，擬於2019年中在懷柔科學城開工建設，建設周期6.5年。HEPS建成後，加速器儲存環束流能量將達到6GeV，束流水平自然發射度小於等於0.1nm·rad，束流強度100mA，具備提供能量達300keV X射線的能力，該光源將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台。

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