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世界最亮同步辐射光源建设有了底气

2019-02-01 08:10 来源:科技日报 本报记者 李大庆

  世界上最先进的第四代光源——高能同步辐射光源即将于今年年中在北京怀柔科学城开工建设。这个国家重大科技基础设施的预研验证装置,于1月31日在北京通过了国家验收。这表明,即将在北京怀柔建设的高能同步辐射光源在技术上是可行的,它所要建设的各种高精尖设备装置工业上也是有能力制造的。

  高能同步辐射光源是前沿基础科学、工程物理和工程材料等战略高技术研究不可或缺的手段,是一种极亮的大号“显微镜”。目前大陆已有3个同步辐射光源:借助北京正负电子对撞机伴生的同步辐射装置、合肥光源、上海光源。它们代表我国三代光源的技术水平。而准备建设的北京怀柔光源属于第四代光源,是中国也是世界上最先进的光源。中科院高能物理所所长王贻芳院士说,同步辐射光源经历了三代的发展。三代之间的最主要区别在于,作为发光光源的电子束斑尺寸和电子发散程度。

  中科院高能物理所副所长、项目工程经理秦庆则形象地说明了第四代光源的特点:亮度比第三代光源高出两个数量级(百倍),“可以更清楚地了解材料的内部结构,这对材料科学和生命科学的发展具有重要作用。”

  然而,要实现这一“透视理想”,技术上具有极大挑战,第四代光源中的部分设备有些是我们还没有做过的,还有些只是理论上存在的。为此,国家发改委在2013年就把第四代光源的预研装置——高能同步辐射光源验证装置(HEPS-TF)列为“十二五”期间重点建设的国家重大科技基础设施之一,仅建设预研装置就破纪录地支持了3.2亿元资金,希望解决技术难题,验证那些只在理论上存在的技术方案的可行性。

  如今,HEPS-TF项目建设法人单位中科院高能物理所和共建单位北京科技大学,交出了一份令人满意的答卷。以陈佳洱院士为组长的验收专家组认为,预研装置总体性能达到同类设备国际先进水平,取得了一系列重大技术成果,验证了先进高能同步辐射光源关键技术的可行性,显著提升了我国在磁铁、电源、探测器及电子学等领域中相关产业的技术水平和自主创新能力。

  秦庆说,HEPS-TF项目就高能加速器、光束线和实验站的多个关键技术难点攻关,研制了多个关键性样机,并完成了未来怀柔所建光源的物理设计和工程方案,预留了进一步升级到衍射极限储存环的可能,可以说已经具备了建设全球最高亮度同步辐射光源的能力。

  在HEPS-TF项目研究中,科研人员做出一系列创新成果,比如国内首次成功研制了超高梯度(80T/m)四极铁、大间隙高场强(2.6T)超导扭摆器和纳秒级快脉冲冲击器系统;自主研制了与进口设备性能相当的300A高精度电流传感器和数字束流位置测量电子学系统;成功研制了国际上首个166MHz加速电子的1/4波长超导原型腔;突破了超高温、大载荷、大变形和多环境因素耦合等原位环境与同步辐射实验技术集成的瓶颈;另外,自主设计研制的二维X射线像素阵列探测器是我国高端X射线探测器研制的重要突破。正因此,验收专家组认为,HEPS-TF项目的完成“为我国建设先进的高能同步辐射光源奠定了坚实的技术基础”。

(责任编辑:王蔚)

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