光是人类探索世界的重要工具。说起光源，你会想到什么？自然界中的太阳、萤火虫，还是人类发明的电灯、蜡烛？这些光源发出的都是我们能够看得见的可见光，其实在光的大家族中，还有像无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、γ射线等许多肉眼看不见的光。借助这些不同类型的光，人类不断探索着未知世界。
正在建设中的“十三五”国家重大科技基础设施——高能同步辐射光源（HEPS）将能够发出全球“最亮的同步光”。近日，高能同步辐射光源的直线加速器满能量出束，并成功加速第一束电子束，这标志着该光源进入科研设备安装、调束并行阶段。什么是高能同步辐射光源？它将如何发出“最亮的同步光”？这些光又将如何帮助科学家探索微观世界？
在光的大家族中，X射线被视为探测物质结构的探针，所谓高能同步辐射光源，其实就是一种能够产生高品质X射线的装置。中科院高能所高能同步辐射光源加速器部副主任焦毅介绍，与医学上用X射线投照人体内组织器官的原理相类似，该光源就如同一个超大号的X光机，它可以“照亮”微观世界，为物质内部进行“体检”，帮助科学家“看清”物质微观结构生成及演化机制。
焦毅：高能同步辐射光源是基于高能电子加速器的一个X射线光源，它要比咱们平常体验过的X光机亮度高几个量级，就像咱们家里的电灯泡和太阳的差别。它主要用于基础研究和前沿技术的应用研究，可以把X射线聚焦成很小的光斑，它的分辨率可以看清楚纳米量级的物质结构。
高能同步辐射光源直线加速器隧道内
那么，高能同步辐射光源如何发出“最亮的同步光”？光又是从哪来的？焦毅介绍，高能同步辐射光源主装置主要包括加速器、光束线和实验站三个部分，而加速器又由直线加速器、增强器和储存环三部分构成。位于源头的电子枪产生高品质的电子束，经过直线加速器和增强器的加速助力，电子束将无限接近光速，然后被注入储存环，以接近光速的速度保持运动，最终释放出稳定而且高能量、高亮度的光——同步辐射光。
此次成功加速第一束电子束的直线加速器长约49米，是电子的源头和第一级加速器，如果把电子在加速器里面的运动比作太空之旅，那么直线加速器的功能就相当于第一级火箭点火，是解决高能电子“从无到有”的关键一环。
焦毅：首先它有一个电子枪，可以把它想象成一把机关枪，它在突突地往外吐“炮弹”，这个“炮弹”就是电子束。这次一方面是直线加速器满能量出束，束流能量达到500兆电子伏特，另一方面是它的电荷量到了2.5纳库以上。所以这个束团里面大概有10的10次方电子，同时发光需要的电子足够多，它的光也会足够亮、足够强。直线加速器的调束其实是整个光源工程的节点，它的启动表明我们过往的这些技术、安装、基建、硬件的设计，包括测试和联调，性能都是很好的，达到了标准。
高能同步辐射光源直线加速器能谱靶截图
高能同步辐射光源于2019年6月启动建设，计划于2025年建成。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。实际上，我国一直以来都十分重视同步辐射光源的发展建设，从依托北京正负电子对撞机的北京同步辐射装置，到合肥同步辐射光源，再到上海光源，我国已经完成了三代同步辐射装置的建设，孕育了许多重量级的科学研究成果。既然已经有了这些同步辐射光源，为何还要建设高能同步辐射光源？焦毅解释，同步辐射光源可以分为低能、中能、高能三种，它们的功能各有侧重。
焦毅：新一代光源相比于我们已经非常先进的上海光源，它的亮度要提高大概1至2个数量级，对于实验效率会有提升，还可以推进形成新的实验方法，一些相关领域的研究就可以取得从“0”到“1”的重大突破。在此之前我国建的所有光源都是中低能区的光源，比如中能光源，它可以涵盖大部分光子X射线的能区。但是高能光源能量高、性能好，特别是在硬X射线，也就是波长比较短的X射线波段性能无与伦比。这对于满足我国前沿研究的不同需求，可以形成能区全覆盖。
除了和我国现有的光源形成能区互补，亮度更高的光源，也可以使科学家探索微观世界的能力更强。焦毅说，建成后的高能同步辐射光源可以应用于先进材料、航空航天、能源、医药、环保、生物工程、微细加工等众多领域，对提升我国前沿基础科学、高技术领域的原始创新能力具有重要意义。
焦毅：比如航空航天领域，有些材料重量又轻，功能又复合，还需要很坚韧。有时候我们看材料外面已经做得非常好了，想要看材料内部有没有气泡，就可以通过X射线穿透力强的特点看到这个材料内部是否有瑕疵，会有助于相关材料工艺、技术不断地改进，满足航空航天的要求。再比如病毒，它的蛋白质结构用肉眼和显微镜其实都看不到，但可以用X射线把病毒的蛋白质结构解析出来，我们就可以开发对症的药物。
此次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束，标志着该光源进入科研设备安装、调束并行阶段。焦毅介绍，下一步团队将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6千兆电子伏特。
焦毅：我们下一个挑战是要把增强器调束成功，更大的难题是储存环。大概一个月之前，我们已经启动了储存环隧道设备的集成安装，我们希望今年年底，能够把储存环的设备安装完毕。安装完毕之后，各个设备、各个技术系统之间需要进行联合调试，之后会启动它的束流调试。现在我们的“万里长征”只走了第一步，但是这一步走得很坚实，让我们对开展后面这些工作有了很大的信心。
引自中国之声2023.3.16版 原地址 https://content-static.cctvnews.cctv.com/snow-book/index.html?toc_style_id=feeds_default&share_to=wechat_timeline&item_id=7240334823021691794&track_id=A1E3AE45-17F0-4FD6-B243-F9BCD7E7C377_700656255688
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