中国大科学装置“高能同步辐射光源”成功加速第一束电子束

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中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)正在推进建设的“十三五”国家重大科技基础设施“高能同步辐射光源”(HEPS)3月14日取得又一项重要里程碑进展——其直线加速器满能量出束，成功加速第一束电子束。

HEPS团队成员在直线加速器控制室工作。　中新社记者 孙自法 摄

这一大科学装置整体建筑外型酷似一枚巨型放大镜，是中科院、北京市共建的怀柔科学城的核心装置。不久前，HEPS增强器全线贯通、储存环隧道设备启动安装，光束线站前端区启动试安装，全面进入科研设备安装阶段。此次直线加速器满能量出束，标志着HEPS建设进入科研设备安装、调束并行阶段。

HEPS工程加速器部副主任、中科院高能所李京祎研究员介绍说，HEPS直线加速器是一台常温直线加速器，长约49米，用于产生电子，并将电子加速到500兆电子伏(MeV)，是电子的源头和第一级加速器，由端头的电子枪、聚束单元、加速结构、微波功率源等设备构成。

中国大科学装置“高能同步辐射光源”(HEPS)直线加速器满能量出束，参加庆祝仪式主要代表合影。　中新社记者 孙自法 摄

作为HEPS率先进入设备安装的先行军，直线加速器建设团队自2022年3月启动隧道设备安装开始，历时4个月完成全部设备安装，并于当年9月完成系统联调和高功率老练。经过充分磨合和准备，2023年3月9日启动调束，束流全线贯通，取得开门红。3月14日，HEPS直线加速器束流能量达到500MeV、末端电荷量达到额定2.5纳库(nC)以上。

HEPS工程总指挥、中科院高能所潘卫民研究员表示，直线加速器成功满能量出束，拉开了HEPS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，以优化直线加速器性能指标，并为后续HEPS增强器、储存环的建设打下坚实基础。

HEPS直线加速器隧道内。　中科院高能所 供图

同时，直线加速器建设过程中，HEPS物理设计和设备研发团队坚持技术创新，取得多项成果：一是自主开发全新上层调束软件平台(Pyapas)和面向物理的调束软件，可实现多运行模式调试；二是创新设计内水冷结构和对称式功率耦合器的加速结构，简化了加工工艺的同时，高功率测试加速梯度达到33兆伏每米(MV/m)，处于国际同类设备先进水平；三是基于绝缘栅双极晶体管的固态调制器，脉冲重复稳定度优于0.02%，相比人工线型调制器提高近一个量级；四是长寿命、高流强的阴栅组件研制成功，发射电流、电流发射密度均达到国际先进水平，寿命大于9000小时。

潘卫民指出，这些成果为HEPS加速器的建设、调束、运行提供了可靠的技术保障，也为先进光源建设提供了坚实的技术储备。

HEPS直线加速器能谱靶截图。　中科院高能所 供图

中科院高能所提供的HEPS直线加速器已完成的重要建设节点包括：2019年6月，物理设计定型冻结；2021年3月，第一根加速结构测试验收完成；2021年6月，首台科研设备——电子枪安装完成；2022年3月，科研设备批量安装启动；2022年5月，全线真空封接完成；2022年9月，联合调试完成；2023年3月，获得辐射安全许可证，直线加速器成功出束。

据了解，大科学装置HEPS由国家发展和改革委员会批复立项，中科院高能所承担建设，2019年6月启动建设，计划建设周期6.5年。建成后，HEPS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，它将和中国现有的光源形成能区互补，对提升中国国家发展战略与前沿基础科学和高技术领域的原始创新能力具有重大意义。(完)