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2023-05-05 06:56·北京日?qǐng)?bào)客戶(hù)端

北京日?qǐng)?bào)客戶(hù)端 | 記者 劉蘇雅 曾麒 趙語(yǔ)涵

在懷柔雁棲湖畔，

(資料圖片)

一個(gè)“放大鏡”形建筑，

約90個(gè)足球場(chǎng)大小。

3月14日這里成功加速

裝置的第一束電子束，

向產(chǎn)生世界“最亮的光”

又邁進(jìn)了一步！

在懷柔科學(xué)城，

座座“大國(guó)重器”正在落成。

朝霞映紅北京懷柔科學(xué)城大科學(xué)裝置（高能同步輻射光源）。卜向東攝

上述建筑將是我國(guó)首臺(tái)

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(bǔ)空白的“追光人”

上世紀(jì)40年代末，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)：當(dāng)高能電子束團(tuán)被強(qiáng)迫在環(huán)形同步加速器上，以接近于光速做回旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在切線方向發(fā)射出電磁波，這就是同步輻射光，如同超級(jí)X光機(jī)，人們可以借助它觀察到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。由此，世界各國(guó)開(kāi)始了建設(shè)同步輻射裝置來(lái)構(gòu)建光源的“競(jìng)賽”。我國(guó)高能物理研究者始終認(rèn)定：要建一臺(tái)高能光源，填補(bǔ)空白。

2008年，中國(guó)科學(xué)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(kāi)始對(duì)建設(shè)高能同步輻射光源的必要性和可行性進(jìn)行論證，歷經(jīng)近10年攻關(guān)，驗(yàn)證了技術(shù)路徑的可行性，完成了裝置的概念和工程設(shè)計(jì)。高能光源選址，則定在了北京懷柔科學(xué)城。

2019年6月，高能同步輻射光源破土動(dòng)工，爭(zhēng)分奪秒成為每位建設(shè)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(shè)零級(jí)進(jìn)度計(jì)劃圖，宏大的工程被細(xì)致分解為82步，成為52個(gè)分系統(tǒng)人員的“指揮棒”。一個(gè)個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)穩(wěn)步推進(jìn)的背后，是參與者廢寢忘食忙碌的身影。

建設(shè)中的高能同步輻射光源。潘之望攝

自主創(chuàng)新啃下“硬骨頭”

要造出第四代高能同步輻射光源，點(diǎn)亮最“亮”的同步光，物理和硬件技術(shù)上要啃的“硬骨頭”一個(gè)接一個(gè)。

施工剛起步，一項(xiàng)地基施工的指標(biāo)就讓建設(shè)者們直呼“不可能”——防微振動(dòng)控制目標(biāo)要小于25納米，即要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)“零沉降”。納米，這個(gè)從未出現(xiàn)在建筑規(guī)范中的單位，卻是未來(lái)光源實(shí)驗(yàn)精度的重要保障。裝置建設(shè)團(tuán)隊(duì)反復(fù)試驗(yàn)，用4個(gè)月里無(wú)數(shù)次失敗最終換來(lái)了答案：他們將光源儲(chǔ)存環(huán)隧道及實(shí)驗(yàn)大廳地基用厚達(dá)3米的素混凝土進(jìn)行基礎(chǔ)換填，保障光源地基穩(wěn)如磐石。

大裝置里面的“小家伙”也難關(guān)重重。

光源直線加速器是電子的源頭和第一級(jí)加速器，電子束要通過(guò)它加速到0.5吉電子伏特的高能量，其中關(guān)鍵部件之一是提供能量的微波功率源，需搭配“升級(jí)款”的固態(tài)調(diào)制器，但全世界僅有一家企業(yè)有成熟產(chǎn)品，且價(jià)格十分昂貴。

“我們下了決心，一定要自己研制出來(lái)?！崩罹┑t語(yǔ)氣堅(jiān)定。團(tuán)隊(duì)成員前后鉆研了3年，迭代了6個(gè)版本，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)指標(biāo)。最終，當(dāng)固態(tài)調(diào)制器“就位”于光源現(xiàn)場(chǎng)，一項(xiàng)項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)在屏幕上跳動(dòng)，均達(dá)到“滿(mǎn)分”標(biāo)準(zhǔn)。這是代級(jí)的躍變！

期待世界“最亮的光”

歷時(shí)近4年建設(shè)，曾經(jīng)的荒草地上已經(jīng)“長(zhǎng)”出了三棟主體建筑，最大的圓環(huán)狀建筑便是光源的核心。在建設(shè)過(guò)程中，“北京市、懷柔區(qū)和懷柔科學(xué)城全方位保駕護(hù)航，為‘大國(guó)重器’連通了‘生命線’?！崩罹┑t說(shuō)。

2022年冬天，是光源主體建筑封頂、科研設(shè)備啟動(dòng)安裝的首個(gè)冬天。由于科研設(shè)備的準(zhǔn)直精度普遍在10微米量級(jí)，環(huán)境溫度的細(xì)微變化，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備準(zhǔn)直精度下降。以?xún)?chǔ)存環(huán)為例，其環(huán)境溫度必須保持在正負(fù)0.1攝氏度范圍內(nèi)，才能保證磁鐵等設(shè)備的就位精度。面對(duì)如此嚴(yán)苛的需求，懷柔區(qū)迅速協(xié)調(diào)，及時(shí)解決了光源裝置區(qū)的水、電、供暖等問(wèn)題……

今年3月，高能同步輻射光源直線加速器“滿(mǎn)能量”出束，率先迎來(lái)“開(kāi)門(mén)紅”，每秒都有百億量級(jí)的電子從電子槍“射”出，其中約90%的電子能順利抵達(dá)末端，保證末端電荷量達(dá)到額定2.5納庫(kù)（1微庫(kù)＝1000納庫(kù)）以上。這座“大國(guó)重器”向產(chǎn)生世界最“亮”的同步光再邁進(jìn)一步。預(yù)計(jì)2025年，高能同步輻射光源將建成運(yùn)行。

高能同步輻射光源直線加速器成功滿(mǎn)能量出束

現(xiàn)在，光源最大的“環(huán)形加速跑道”——儲(chǔ)存環(huán)的安裝正在進(jìn)行。光源投入運(yùn)行后，儲(chǔ)存環(huán)中電子束在奔跑的過(guò)程中，將產(chǎn)生高亮度的同步光，幫助科研人員“照亮”實(shí)驗(yàn)樣品，更好地解析物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及演變。

與儲(chǔ)存環(huán)一墻之隔，便是未來(lái)供用戶(hù)開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)站，大到飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、小到病毒蛋白質(zhì)，都能在這里“體檢”。

“基礎(chǔ)研究是科技發(fā)展的基石，我們期待光源的第一束光盡快到來(lái)！”李京祎說(shuō)。

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