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2023-05-05 06:56·北京日報客戶端

北京日報客戶端 | 記者 劉蘇雅 曾麒 趙語涵

在懷柔雁棲湖畔，

(資料圖片)

一個“放大鏡”形建筑，

約90個足球場大小。

3月14日這里成功加速

裝置的第一束電子束，

向產生世界“最亮的光”

又邁進了一步！

在懷柔科學城，

座座“大國重器”正在落成。

朝霞映紅北京懷柔科學城大科學裝置（高能同步輻射光源）。卜向東攝

上述建筑將是我國首臺

高能同步輻射光源，

也將是世界上亮度最高的

第四代同步輻射光源之一。

為了這一束電子，

一群“追光的人”等了約十五年！

填補空白的“追光人”

上世紀40年代末，科學界發現：當高能電子束團被強迫在環形同步加速器上，以接近于光速做回旋運動時，會在切線方向發射出電磁波，這就是同步輻射光，如同超級X光機，人們可以借助它觀察到物質的微觀結構。由此，世界各國開始了建設同步輻射裝置來構建光源的“競賽”。我國高能物理研究者始終認定：要建一臺高能光源，填補空白。

2008年，中國科學院高能物理所高能同步輻射光源加速器部副主任李京祎和同事開始對建設高能同步輻射光源的必要性和可行性進行論證，歷經近10年攻關，驗證了技術路徑的可行性，完成了裝置的概念和工程設計。高能光源選址，則定在了北京懷柔科學城。

2019年6月，高能同步輻射光源破土動工，爭分奪秒成為每位建設者的信條。工程指揮部成員的辦公室墻上，掛著一份工程建設零級進度計劃圖，宏大的工程被細致分解為82步，成為52個分系統人員的“指揮棒”。一個個時間節點穩步推進的背后，是參與者廢寢忘食忙碌的身影。

建設中的高能同步輻射光源。潘之望攝

自主創新啃下“硬骨頭”

要造出第四代高能同步輻射光源，點亮最“亮”的同步光，物理和硬件技術上要啃的“硬骨頭”一個接一個。

施工剛起步，一項地基施工的指標就讓建設者們直呼“不可能”——防微振動控制目標要小于25納米，即要實現結構“零沉降”。納米，這個從未出現在建筑規范中的單位，卻是未來光源實驗精度的重要保障。裝置建設團隊反復試驗，用4個月里無數次失敗最終換來了答案：他們將光源儲存環隧道及實驗大廳地基用厚達3米的素混凝土進行基礎換填，保障光源地基穩如磐石。

大裝置里面的“小家伙”也難關重重。

光源直線加速器是電子的源頭和第一級加速器，電子束要通過它加速到0.5吉電子伏特的高能量，其中關鍵部件之一是提供能量的微波功率源，需搭配“升級款”的固態調制器，但全世界僅有一家企業有成熟產品，且價格十分昂貴。

“我們下了決心，一定要自己研制出來。”李京祎語氣堅定。團隊成員前后鉆研了3年，迭代了6個版本，實現了設計指標。最終，當固態調制器“就位”于光源現場，一項項測試數據在屏幕上跳動，均達到“滿分”標準。這是代級的躍變！

期待世界“最亮的光”

歷時近4年建設，曾經的荒草地上已經“長”出了三棟主體建筑，最大的圓環狀建筑便是光源的核心。在建設過程中，“北京市、懷柔區和懷柔科學城全方位保駕護航，為‘大國重器’連通了‘生命線’。”李京祎說。

2022年冬天，是光源主體建筑封頂、科研設備啟動安裝的首個冬天。由于科研設備的準直精度普遍在10微米量級，環境溫度的細微變化，都會導致設備準直精度下降。以儲存環為例，其環境溫度必須保持在正負0.1攝氏度范圍內，才能保證磁鐵等設備的就位精度。面對如此嚴苛的需求，懷柔區迅速協調，及時解決了光源裝置區的水、電、供暖等問題……

今年3月，高能同步輻射光源直線加速器“滿能量”出束，率先迎來“開門紅”，每秒都有百億量級的電子從電子槍“射”出，其中約90%的電子能順利抵達末端，保證末端電荷量達到額定2.5納庫（1微庫＝1000納庫）以上。這座“大國重器”向產生世界最“亮”的同步光再邁進一步。預計2025年，高能同步輻射光源將建成運行。

高能同步輻射光源直線加速器成功滿能量出束

現在，光源最大的“環形加速跑道”——儲存環的安裝正在進行。光源投入運行后，儲存環中電子束在奔跑的過程中，將產生高亮度的同步光，幫助科研人員“照亮”實驗樣品，更好地解析物質的微觀結構及演變。

與儲存環一墻之隔，便是未來供用戶開展科學實驗的實驗站，大到飛機發動機、小到病毒蛋白質，都能在這里“體檢”。

“基礎研究是科技發展的基石，我們期待光源的第一束光盡快到來！”李京祎說。

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