高能同步輻射光源成功加速第一束電子
3月14日,位于懷柔科學城的高能同步輻射光源直線加速器滿能量出束,成功加速第一束電子。自此,高能光源進入科研設備安裝、調束并行階段,向產生世界最“亮”的光再邁進一步。
在高能光源直線加速器控制室,繁復的實時監(jiān)測數(shù)據在一塊塊屏幕上不停跳動。直線加速器是電子的源頭和第一級加速器,為電子賦予初始動能,隨著高能同步輻射光源工程總指揮潘衛(wèi)民下達指令,電子槍內部電壓迅速升高,一束經過精心調制的電子被電壓牽引,從靜止開始加速并從電子槍口“射”出,在長約49米的直線加速器中奔跑起來。加速器上還規(guī)則排布著五顏六色、形狀各異的磁鐵,用來保證電子束“走直線”。
2022年,直線加速器就已經完成了設備安裝、聯(lián)調、磨合等前期工作。高能同步輻射光源工程加速器部副主任李京祎介紹,數(shù)天前,直線加速器正式啟動調束,電子槍每秒都會“射”出百億量級的電子,實現(xiàn)束流全線貫通,取得了“開門紅”。起初,大部分電子并不“聽話”,只有20%左右的電子能按既定路線到達加速器末端。經過反復調試磨合,14日,直線加速器提升至“滿能量”的500兆電子伏特,末端電荷量達到額定2.5納庫以上——超過90%的電子都能順利抵達目標,達到了設計要求。
“高能光源顧名思義,就是通過將電子加速至接近光速,讓其產生穩(wěn)定、高能量、高亮度的同步輻射光,‘照亮’物質的微觀結構。我們現(xiàn)在對電子束所做的第一級加速,解決了高能電子‘從無到有’的關鍵一環(huán)?!崩罹┑t介紹,下一步團隊要在此基礎上,繼續(xù)優(yōu)化直線加速器的電子束品質,并著手調試增強器的相關設備,爭取在今年內實現(xiàn)將電子加速至6千兆電子伏。
在直線加速器的建設過程中,研發(fā)團隊還實現(xiàn)了多項技術創(chuàng)新。長壽命、高流強的陰柵組件研制成功,發(fā)射電流達到14.7安培,壽命大于9000小時;創(chuàng)新設計內水冷結構和對稱式功率耦合器的加速結構,不僅簡化了加工工藝,性能也處于國際同類設備先進水平;基于絕緣柵雙極晶體管的固態(tài)調制器,其重復穩(wěn)定度比人工線型調制器提高了近一個量級。
“直線加速器成功滿能量出束,拉開了光源加速器調束的序幕,調束團隊將在此基礎上進行參數(shù)優(yōu)化和性能提升,優(yōu)化直線加速器性能指標,并為后續(xù)增強器、儲存環(huán)的建設打下堅實基礎?!迸诵l(wèi)民說。高能同步輻射光源建成后,將是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一,也將是中國第一臺高能量同步輻射光源,它將和我國現(xiàn)有的光源形成能區(qū)互補,對提升國家發(fā)展戰(zhàn)略與前沿基礎科學、高技術領域的原始創(chuàng)新能力具有重大意義。
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