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 雕鸮 发表于: 2023-4-30 17:19:02|显示全部楼层|阅读模式

[2023年] 高能同步辐射光源主体工程初具规模

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源自:媒体滚动
  大科学装置,指的是国家重大科技基础设施,是我国实现诸多重大科技成果突破和建设科技强国的“利器”。比如大家熟悉的射电望远镜──中国天眼FAST。五一期间,我国不少大科学装置仍在施工中,科学家和建设者加班加点,保障工程顺利进行。这几天,我们将走进这些“国之重器”的工程现场,了解它们的重要作用。今天第一站,我们先走进北京怀柔科学城。
  高能同步辐射光源主体工程初具规模
  在怀柔科学城,大科学装置──高能同步辐射光源正在建设中。经过四年建设,工程主体已经初具规模。从空中俯瞰,高能同步辐射光源由三栋主体建筑构成,整体建筑外形好像一个放大镜,用以“探测微观世界”。从画面不难看出,综合实验楼和用户服务楼构成了“放大镜”的“手柄”,而最大的圆环状建筑则是光源装置区域,也是核心建筑,它是“放大镜”的“镜框”。听说建成后,这里能产生地球上“最亮的光”。
  如果把高能同步辐射光源比作一个放大镜,我所在的位置就是最为核心的“镜框”部分。因为加速器装置还在建设调试,所以我们能够近距离地来一探究竟。到2025年,高能同步辐射光源建成运行后,将会产生世界上“最亮的同步辐射光”,它的亮度比太阳亮度高1万亿倍,可以照亮微观世界,将成为科学家探测微观世界的国之重器。
  最亮的光究竟是如何产生的呢?在展板上有个原理图,基本的原理就是加速电子、生产光。在直线加速器部分,高压电子枪出来的电子能量加速到0.5个GeV,然后在增强器从0.5个GeV加速到6个GeV,也就是6000兆电子伏,最后电子再进入到外面大的储存环中,电子在这里接近光速的速度奔跑中,会沿着切线方向产生一束束非常关键的同步辐射光,用于我们的科学研究。
  其实同步辐射光也比较好理解,因为在我们的日常生活中,有一个非常类似的场景,就好像下雨时,很多人有过这样的经历,如果我们转动雨伞,沿着雨伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠,就好像是甩出去的一束束光。这些X射线光束发光的角度非常小,光子非常集中,所以照亮探测微观世界的能力非常强。
  看起来貌似简单,但是要让看不见、以接近光速的速度奔跑的电子按照预定计划的轨道运行,其实难度非常之大。比如增强器部分,电子就是在中间的真空管道中一边奔跑一边增强能量。在这个过程中我们看到周边的这些设备就是磁铁,有二极铁、四极铁、六极铁,它们南极北极的个数不一样,对电子约束的效果也不一样,可以一起来调整电子奔跑的方向、角度,通过极其精细地调控让近光速奔跑的电子按照需要的轨道来运行。
  经过四年建设,高能同步辐射光源不仅仅是整体工程主体已经基本建成,今年3月直线加速器满能量出束,成功加速第一束电子束。科研团队告诉记者,经过一个多月调试之后,目前直线加速器电子束是已经达到了设计指标。增强器部分这些设备也已经完成安装和初步调试,下一阶段将和直线加速器进行联调,要将电子束能量增强到6000兆电子伏,这也是非常非常关键的一步。
  2025年,这一国之重器建成之后,最亮的同步辐射光将为我们探测微观世界带来哪些改变呢?让我们一起期待。
  高能同步辐射光源 未来应用前景广阔
  正在建设中的高能同步辐射光源,是我国第四代同步加速器光源。记者说,它们的演变就像黑白电视图像到彩电、LED,再到4K高清。那么未来的地表最强光,都能应用在哪些领域呢?
  高能同步辐射光源是一种提供高性能X射线的大科学装置,核心构成包括加速器、光束线、实验站等,具有发射度低、亮度高、能量高、穿透能力超强、分辨率高等特点,发射的同步光基本覆盖红外光、可见光、真空紫外、X射线等波段。
  高能同步辐射光源工程总指挥 潘卫民:通过我们高能同步辐射光源,可以看到这个纳米级的物质的变化,同时可以实时地、原位地跟踪这个变化。对物质的一些调控、物质的生成,还有它制造当中的一些应力的变化,可以进行深入的研究,这样对新材料和我们一些高档的材料,比如说航空材料的制备、服役以及它的应力的分析大有帮助。
  目前我国已完成四代同步辐射光源的布局,其中第一代同步辐射光源是北京正负电子对撞机上寄生的北京同步辐射装置,第二代同步辐射光源位于合肥,第三代同步辐射光源位于上海,第四代则是正在怀柔建设的高能同步辐射光源,它侧重于物质微结构及其演化的研究,未来将逐步应用到航空航天、能源环境、生物医药等领域。从第一代到第四代同步辐射光源的发展,就像从黑白电视、彩电、LED到4K高清的演变。
  高能同步辐射光源工程总指挥 潘卫民:这也是世界上最亮的光源之一,相当于我们的手电筒,刚开始是散光的,照不到很远,照得很模糊,后来发展到手电筒是非常强光的,非常亮,照得很远,同时物体看得清楚。我们可以对一个微观物质进行实时、原位、多维度表征探测。在能源、生命科学、医药卫生、石油化工、物质材料的新材料的开发方面都有很多应用。
  (总台央视记者 帅俊全 郑玮玮)
原文标题:高能同步辐射光源主体工程初具规模 建成后将产生地球上“最亮的光”)
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