高能同步輻射光源成功加速第一束電子|焦點(diǎn)短訊

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3月14日，位于懷柔科學(xué)城的高能同步輻射光源直線加速器滿能量出束，成功加速第一束電子。自此，高能光源進(jìn)入科研設(shè)備安裝、調(diào)束并行階段，向產(chǎn)生世界最“亮”的光再邁進(jìn)一步。

在高能光源直線加速器控制室，繁復(fù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一塊塊屏幕上不停跳動(dòng)。直線加速器是電子的源頭和第一級(jí)加速器，為電子賦予初始動(dòng)能，隨著高能同步輻射光源工程總指揮潘衛(wèi)民下達(dá)指令，電子槍內(nèi)部電壓迅速升高，一束經(jīng)過精心調(diào)制的電子被電壓牽引，從靜止開始加速并從電子槍口“射”出，在長約49米的直線加速器中奔跑起來。加速器上還規(guī)則排布著五顏六色、形狀各異的磁鐵，用來保證電子束“走直線”。

2022年，直線加速器就已經(jīng)完成了設(shè)備安裝、聯(lián)調(diào)、磨合等前期工作。高能同步輻射光源工程加速器部副主任李京祎介紹，數(shù)天前，直線加速器正式啟動(dòng)調(diào)束，電子槍每秒都會(huì)“射”出百億量級(jí)的電子，實(shí)現(xiàn)束流全線貫通，取得了“開門紅”。起初，大部分電子并不“聽話”，只有20%左右的電子能按既定路線到達(dá)加速器末端。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試磨合，14日，直線加速器提升至“滿能量”的500兆電子伏特，末端電荷量達(dá)到額定2.5納庫以上——超過90%的電子都能順利抵達(dá)目標(biāo)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

“高能光源顧名思義，就是通過將電子加速至接近光速，讓其產(chǎn)生穩(wěn)定、高能量、高亮度的同步輻射光，‘照亮’物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。我們現(xiàn)在對(duì)電子束所做的第一級(jí)加速，解決了高能電子‘從無到有’的關(guān)鍵一環(huán)。”李京祎介紹，下一步團(tuán)隊(duì)要在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)優(yōu)化直線加速器的電子束品質(zhì)，并著手調(diào)試增強(qiáng)器的相關(guān)設(shè)備，爭取在今年內(nèi)實(shí)現(xiàn)將電子加速至6千兆電子伏。

在直線加速器的建設(shè)過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。長壽命、高流強(qiáng)的陰柵組件研制成功，發(fā)射電流達(dá)到14.7安培，壽命大于9000小時(shí)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)水冷結(jié)構(gòu)和對(duì)稱式功率耦合器的加速結(jié)構(gòu)，不僅簡化了加工工藝，性能也處于國際同類設(shè)備先進(jìn)水平；基于絕緣柵雙極晶體管的固態(tài)調(diào)制器，其重復(fù)穩(wěn)定度比人工線型調(diào)制器提高了近一個(gè)量級(jí)。

“直線加速器成功滿能量出束，拉開了光源加速器調(diào)束的序幕，調(diào)束團(tuán)隊(duì)將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和性能提升，優(yōu)化直線加速器性能指標(biāo)，并為后續(xù)增強(qiáng)器、儲(chǔ)存環(huán)的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”潘衛(wèi)民說。高能同步輻射光源建成后，將是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一，也將是中國第一臺(tái)高能量同步輻射光源，它將和我國現(xiàn)有的光源形成能區(qū)互補(bǔ)，對(duì)提升國家發(fā)展戰(zhàn)略與前沿基礎(chǔ)科學(xué)、高技術(shù)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新能力具有重大意義。

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