向产生世界最“亮”的光迈进一步！高能同步辐射光源成功加速第一束电子

发布者：沙流水随 2023-3-15 12:21

北京日报客户端 | 记者刘苏雅

3月14日，位于怀柔科学城的“十三五”国家重大科技基础设施高能同步辐射光源直线加速器满能量出束，成功加速第一束电子。自此，光源进入科研设备安装、调束并行阶段，向产生世界最“亮”的光再迈进一步。

在光源直线加速器控制室，繁复的实时监测数据在一块块屏幕上不停跳动。直线加速器是电子的源头和第一级加速器，为电子赋予初始动能，随着高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民下达指令，电子枪内部电压迅速升高，一束经过精心调制的电子被电压牵引，从静止开始加速并从电子枪口“射”出，在长约49米的直线加速器中奔跑起来。加速器上还规则排布着五颜六色、形状各异的磁铁，用来保证电子束“走直线”。

2022年，直线加速器就已经完成了设备安装、联调、磨合等前期工作。高能同步辐射光源工程加速器部副主任李京祎介绍，数天前，直线加速器正式启动调束，电子枪每秒都会“射”出百亿量级的电子，实现束流全线贯通，取得了“开门红”。但起初，大部分电子并不“听话”，只有20%左右的电子能按既定路线到达加速器末端。经过反复调试磨合，14日，直线加速器提升至“满能量”的500兆电子伏特，末端电荷量达到额定2.5纳库以上——超过90%的电子都能顺利抵达目标，达到了设计要求。

“高能光源顾名思义，就是通过将电子加速至接近光速，让其产生稳定、高能量、高亮度的同步辐射光，‘照亮’物质的微观结构。我们现在对电子束所做的第一级加速，就是解决了高能电子‘从无到有’的关键一环。”李京祎介绍，下一步团队要在此基础上，继续优化直线加速器的电子束品质，并着手调试增强器的相关设备，争取在今年内实现将电子加速至6千兆电子伏。

在直线加速器的建设过程中，研发团队还实现了多项技术创新。长寿命、高流强的阴栅组件研制成功，发射电流达到14.7安培，寿命大于9000小时；创新设计内水冷结构和对称式功率耦合器的加速结构，不仅简化了加工工艺，性能也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，其重复稳定度比人工线型调制器提高了近一个量级。

“直线加速器成功满能量出束，拉开了光源加速器调束的序幕，调束团队将在此基础上进行参数优化和性能提升，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。”潘卫民说。

高能同步辐射光源是中科院、北京市共建的怀柔科学城核心装置，由国家发展改革委批复立项，中科院高能所承担建设。建成后，它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，对提升国家发展战略与前沿基础科学、高技术领域的原始创新能力具有重大意义。