照见微观世界，这束光比太阳亮万亿倍

本报记者 李迅典
在北京怀柔科学城，国家重大科技基础设施——高能同步辐射光源（HEPS）日前正式启动带光联调，标志着这一“国之重器”进入建设冲刺阶段。HEPS是设计亮度世界最高的第四代同步辐射光源，也是我国第一台高能量同步辐射光源。HEPS的建成将标志着中国在同步辐射光源领域跨入世界领先行列。近日，高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民在接受《环球时报》记者专访时表示：“到今天，我们的光源已经走过了近40年，HEPS正式启动带光联调，这意味着中国的同步辐射光源水平又往前迈了一大步。”

高能同步辐射光源鸟瞰图 （受访者供图）

帮助科学家看到原子层面的东西
据潘卫民介绍，HEPS作为目前世界上设计亮度最高的第四代同步辐射光源，能够提供更明亮、更聚焦的同步辐射光，为科研人员提供更清晰的微观世界图像。潘卫民解释道：“简单来说HEPS是一个大科学装置，它能产生非常强、非常亮的光，这种光比我们平常看到的太阳光要亮万亿倍。它还有很特殊的性质，可以帮助科学家们看到一些非常小的东西，比如在原子、电子层面肉眼根本看不见的微观世界里的东西。”
HEPS的核心是储存环加速器，其设计亮度比第三代光源高出100倍以上。截至2025年1月，经过多轮束流调试，HEPS储存环束流流强已达到40毫安以上，发射度降低到93皮米弧度。电子束流的发射度是描述电子束质量和特性的重要参数之一，发射度越小，说明电子束在横向的分散程度越小，电子束的运动分布越接近于束流的轴向，束流的品质越好，发出的同步辐射光的亮度越高。目前装置建设已进入最后的冲刺阶段，预计再有半年左右即可完成验收。
带光联调是高能同步辐射光源（HEPS）建设中不可或缺的关键环节。通过这一过程，装置能够将光调节到最佳状态，满足不同用户的实验需求，从而为科学研究提供强大的支持。这一过程不仅是装置性能优化的核心，也是实现国际领先水平的关键步骤。“就像踢足球或打乒乓球，只有实际接触球才能真正发挥技巧，同样，只有通过带光联调才能了解光的性质并优化其性能。”潘卫民对《环球时报》记者说。
“微米级精度”
HEPS装置建设的重点主要集中在三个方面。一是加速器系统：包括直线加速器、增强器和储存环等，需要确保电子束流的品质和稳定性，以实现高亮度的同步辐射光输出。二是光束线站建设：首期建设14条用户光束线站和1条测试线站，这些光束线站是科研人员开展实验研究的关键平台，需要满足不同领域的研究需求。三是创新注入机制：基于增强器高能累积的置换注入，这种方案在满足设计要求的同时，使得HEPS加速器更加绿色环保。
“储存环电子动力学孔径仅1-2毫米，电子真空孔径只有22毫米，对设备安装精度要求极高，基座上磁铁就位误差需控制在25微米以内，地面振动振幅不超过25纳米。比如我们要调到一个很细的光，让它达到一个纳米水准，它能在纳米尺寸上探索物质，不仅细还要亮，还要能穿透物质。”潘卫民表示。
据介绍，储存环包含1776块磁铁、2500余台电源及超10万路控制信号，任何微小误差都会影响束流轨迹。团队通过不间断调束，一天就实现了电子的首圈注入，几天后实现了电子储存，很快流强就达到了40毫安，为后续供光奠定了基础。
在谈到创新技术时，潘卫民表示：“首先，我们拥有高精度控制，目前束流尺寸达到微米量级，控制精度需达到亚微米；其次，高梯度磁铁技术，我们的磁铁精度达到国际领先水平，还有准直技术，要达到微米量级；最后再利用镀膜技术实现高真空环境，达到了6毫米狭缝镀膜。”
将为我国高端工业材料研发提供有力支持
据潘卫民介绍，HEPS能够满足不同研究领域对不同能量光的需求。其高亮度和高分辨率特性使其在探测微观结构和动态变化方面具有极高的灵敏度，能够检测到更微小的物质变化。通过先进的技术和设计，HEPS在运行过程中具有较高的稳定性和可靠性，能够为科研人员提供长期稳定的实验条件。不仅如此，HEPS的成功还将为我国高端工业材料研发提供有力支持，比如航空发动机、燃气轮机等领域的材料研究，支持探索新材料（如纳米颗粒结构）、脑科学、催化过程等领域的研究。同时，它能够实现从稳态到瞬态、从平衡态到非平衡态的动态研究，为科学家揭示物质本质和变化规律提供有力工具。
“HEPS的建成将推动全球科技进步，它不仅为我国科学家提供了先进的研究工具，也将吸引国际用户前来开展实验。通过国际合作与交流，提升我国在国际科研领域的影响力。”潘卫民说。
“打铁还需自身硬，我们的光源建成以后，对国际上也秉持着开放的态度。毕竟拥有高能第四代光源的国家并不多，从2000年左右上海光源建成之后到如今HEPS即将落成，我国的光源事业取得了飞速进步。上海光源作为我国第三代光源，在中能区达到了国际先进水平，为我国科研事业做出了重要贡献。HEPS作为第四代高能光源，不仅能量更高、分辨率更高、穿透力更强，光的性质也更优，这标志着我国在光源领域的技术水平和科研能力又迈向了一个新的高度，同时也彰显了科技强国的实力。”潘卫民表示。