近日，关于北京怀柔综合国家科学中心的喜讯不断传出。 其中，高能同步辐射光源这个看起来像“放大镜”的重大科技基础设施，又传来不少好消息——
▲HEPS项目现场航拍图
项目开工两年后，已完成约70%的建筑安装工作，主环建筑已揭幕；
磁铁、电源等设备的样机试制已完成，已进入批量加工阶段。 光束位置测量电子器件和像素阵列探测器的开发已取得阶段性进展。 第一台科研设备电子枪已安装；
为HEPS提供技术研发和测试支撑能力的先进光源技术研发测试平台（PAPS）已投入试运行。
今天的“怀柔解码”，让我们走近高能同步辐射光源，了解这一重大科技工程的建设内容、应用领域和“重任”。
项目状况
高能同步辐射源（High，HEPS）位于怀柔科学城北部核心区。 在国家发展和改革委员会的支持和指导下，北京和中国科学院实施国家“创新驱动发展”战略，建设怀柔科学城的重要核心装置。 ，是国家发改委“十三五”期间重点建设的国家重大科技基础设施，为国家重大战略需求和前沿基础科学研究提供技术支撑平台。 项目主要建设内容包括加速器、光束线站及辅助设施。 建设工期6.5年。 工程于2019年6月开工，预计2025年12月底完工。
HEPS项目的整体建筑造型就像一个放大镜，这意味着它是探测微观世界的利器。 建设高性能束线站容量不少于90个，首期将建设14个公共束线站，向工程材料、能源环境、生物医药、石化等领域用户开放。
项目特色
HEPS是我国第一个高能同步辐射光源，也将是世界上最亮的第四代同步辐射光源之一。 其存储环加速器电子束能量为6GeV，可提供的高能X射线将有效满足国家战略和产业核心创新相关研究对高能、高亮度X射线的迫切需求能力，使得我国同步辐射光源向高能区域拓展，形成与我国现有光源互补的能源区域，进一步满足用户快速增长的需求，确保同步辐射光源有可持续的支撑我国的科学研究。
HEPS存储环加速器周长约1360.4m，电子束能量为6GeV，亮度高于1×1022 phs/s/mm2/mrad2/0.1%BW。 利用7BA弯铁消色差结构单元，实现电子束的水平自然发射度优于60pm·rad，提供高相干性的同步辐射等特性，这也是第四代衍射极限的主要特点光源。
▲HEPS效果图
▲第三代、第四代同步光源光斑截面对比
HEPS可以提供具有高能量、高亮度、高相干性的同步加速器辐射。 具有纳米级的空间分辨率、皮斯级的时间分辨率、兆伏级的能量分辨率，穿透能力强。 使研究真实工件的高精度显微组织成为可能，这是高能射线衍射、高Z元素光谱、极端条件下的实验、高密度和高密度等国家发展战略和产业核心所迫切需要的。 /或大尺寸样品成像等。相关研究提供了多维度、实时、原位表征平台，用于分析工程材料的结构并观察其演化的整个周期，为设计和控制提供信息的材料。
▲HEPS加速器布置图
设备介绍
HEPS主体装置主要由加速器、光束线和实验站三部分组成。
NO.1
加速器
加速器是加速带电粒子并提供同步辐射的装置。 HEPS装置加速器由三个独立的加速器组成：直线加速器、增强器和存储环，以及连接它们的三个传输线。
HEPS 加速的带电粒子是电子。 首先回旋加速器是加速带电粒子的装置，由源头的电子枪产生高质量的电子束，然后由直线加速器加速到能量为0.5 GeV，并通过低能传输线注入增强器。 增强器将0.5GeV电子束加速到额定6GeV，穿过高能传输线，然后注入专门为电子发光而准备的存储环中。
电子束以接近光速的速度在存储环的圆形轨道上运动。 在存储环上的不同位置，当通过弯曲磁铁或各种插入物时，电子束运动方向发生变化，根据经典电动力学定律，会发射出高质量、高能量、高强度的连续或可调的电子束。沿偏转轨道切线方向来自弯曲磁体或各种插入物的光谱同步辐射。 这就是为什么同步辐射装置都是环形的。
NO.2
光束线
束线沿存储环外侧分布，是连接存储环与实验台的桥梁。 从电子存储环中提取的同步辐射光在光束线上经过高精度弯曲、单色仪、聚焦镜等一系列精密光学系统。 经过光谱、准直、聚焦等进一步处理后，被运送到实验站。
储物环发出的同步光具有独特的优点：
❖光谱宽，同步辐射波长连续可调，覆盖红外、可见光、紫外和X射线波段。 根据需要，可以使用单色仪选择不同波长的光进行单色光实验；
❖加速器内的电子分布不是连续的，而是电子束簇在进行旋转运动。 因此，产生的同步加速器辐射也是脉冲的并且具有时间分辨率；
❖同步辐射发散角小，光线几乎平行。 因此其利用率和分辨率大大提高；
❖高亮度，可用于高分辨率实验。
经过处理后，HEPS的同步光具有纳米级的空间分辨率、皮斯级的时间分辨率和兆伏级的能量分辨率。
▲HEPS光束线站布置图
NO.3
实验站
各领域的用户在实验站使用各种实验仪器进行科学实验。 实验站内设有各类实验装置、样品环境等实验设备。 例如，大型衍射仪可以配备低温样品容器，用于研究超导状态下材料的电子结构； 例如，可以配备高压高温装置，研究高压高温条件下材料的结构。 各领域的用户携带自己的样品到实验站，利用同步辐射和实验站配备的各种仪器来获取相关实验数据。
HEPS建设高性能光束线站的能力不少于90个。HEPS光束线站基于高亮度、高能量、高相干性的特点，瞄准国家发展战略和科学前沿发展，指国际高能同步辐射装置的光束。 线路车站的设置还考虑了资金限制、建设进度等具体条件。 经过广泛调研和多次讨论，确定了第一批14条面向用户的公共束线及相应的实验站。 其中回旋加速器是加速带电粒子的装置，11个束线实验站位于实验馆大楼内，有3条长度超过100米的超长束线。 他们的光束线穿过实验大厅大楼后，实验站就建在大厅外面。
▲HEPS一期建设线路车站清单及布局图
应用领域
每个HEPS线站都有自己擅长的实验方法，如可以使用连续光谱的X射线吸收光谱法、使用高相干性、高通量的生物大分子微晶衍射实验方法的X射线相干散射实验方法、 X射线成像实验方法等超硬技术及相关装备支撑工程材料、催化与能源、生命科学与生物医药、新材料等国家发展战略部署的前沿科学研究和课题。 在为众多用户提供常规技术支持的同时，也将为涉及国家发展战略和工业核心迫切需求的研究提供多维度、实时、原位的表征平台，以分析工程材料的结构并观察其性能。它们的进化的完整周期。 整个过程为材料的设计和控制提供信息。
由于同步辐射装置可以为各学科前沿研究提供重要支撑，建设以同步辐射装置为核心的多学科研究平台，形成多学科、多设备的聚集效应，建设国家级大型实验平台。 已成为科学基础设施建设的显着发展趋势。 HEPS将与怀柔科学城建设的极端条件综合装置等其他设施和平台紧密结合，形成综合大型装置集群，有效推动国家科技发展。
社会经济效益
HEPS的建设是推动我国同步辐射光源领域研究走向世界前列的重要举措。 建成后将为基础科学和工程材料领域原创性、突破性创新研究提供重要支撑平台，将显着提升我国科技和产业能力。 在保持领域原始创新能力的同时，也将成为我国国际科技合作和基础科学研究的重要平台。
作为技术前沿的大型科学装置，HEPS的建设本身将开发和引进多项世界先进技术，也将带动和提升许多相关行业的技术进步，产生良好的社会效益和经济效益。
加速器是集高频、微波、高精度电磁场、稳定及脉冲电源、超高真空、高压、精密机械、计算机自动控制等多种高新技术于一体的大型设备。光束线站的建设将引进和发展世界先进的光学技术和探测技术，包括各种形式的单色仪、分析晶体、像素阵列探测器、新型快速电子器件以及海量数据传输和处理等。 这些技术在我国的进一步开发和推广，将极大地提高我国相关高新技术产业的水平。
现在
项目正在加速建设
期待HEPS的第一缕曙光
