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
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。
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