发射比太阳亮度高1万亿倍的光高能电子“跑道”建设成功

储存环隧道内场景。中国科学院高能物理研究所供图

一束速度接近光速的电子束，从增强器出口射出，在1776块磁铁“指挥”下，沿着周长约1360米的储存环“跑道”飞奔。紧接着，第二束、第三束……越来越多的电子束有序加入奔跑队伍。昨天，中国科学院高能物理研究所发布消息，经过数周调试，位于怀柔科学城的高能同步辐射光源(HEPS)取得新进展，储存环流强超过10毫安，进入调束快行道。未来，该光源将成为观察微观物质的平台，为国家解决在资源、能源、环境、人口、健康等诸多领域面临的挑战提供科学基础。

HEPS能发射比太阳亮度高1万亿倍的光，是我国乃至亚洲首台第四代同步辐射光源，也是全球首批10皮米弧度量级自然发射度的光源之一。

从外观上看，HEPS像一柄“放大镜”，建设的核心工作是“镜框”——一台具有超低发射度的全新储存环加速器，周长约1360米。

整个安装调试过程必须处处精心。今年7月，储存环完成全部设备研制和安装，启动并完成了多系统联合调试。HEPS工程总指挥、中国科学院高能物理研究所研究员潘卫民说，要让高能电子在1360米的真空室中稳定奔跑，相关的控制信号超过10万路，“任何一个微小的硬件错误，都会影响电子束的轨迹”。HEPS加速器部副主任焦毅说，即使1776块磁铁前期准直到位，在轨道校正前，仍然无法实现稳定闭轨。调束启动前，物理调束团队与各硬件系统交叉协作，做了充足准备。

7月23日，储存环正式开机调束。第一束高能电子发出。焦毅和同事紧盯屏幕上跳动的数据，密切关注电子向前传输的距离。

周长以千米为单位计算的储存环，其高能电子的“跑道”直径，仅相当于成人大拇指粗细。最狭窄处，两台切割磁铁的垂直物理孔径仅两三毫米。焦毅说:“我们的目标是让高能电子在跑动过程中尽可能聚焦，减少‘碰壁’损失，实现更高的流强。”

令人惊喜的是，团队1天内就成功实现了单束团电子束绕储存环首次循环贯通，而此前该工作预期要花费1周时间。“可能是越努力的人运气就越好吧。我们没有遇到任何大的硬阻拦，磁铁的准直工作也做得非常好！”焦毅笑着说。

更严峻的考验接踵而至。接近光速的高能电子，每秒能在储存环内跑近20万圈，每一圈都要完成高难度的“穿针引线”。“过程中，电子难免跑偏，要通过磁场温柔地调节它的轨迹。因为一旦用力过大，电子就可能会被踢开，最后丢掉。”焦毅说。

最近一个月，焦毅和同事夜以继日，不断“驯服”高速运转的高能电子。他直言:“中间也经历了一些反复。有时候一天下来，尝试了各种手段，束流就是不向前走。但结果是好的，困难都克服了!”

7月29日，单束团电子束循环超过10圈；8月6日，实现单束团电子束存储，流强约60微安，寿命超过1分钟；8月18日，成功存储35个束团，流强达到12毫安……“调束团队在很短时间内，就取得了很好的成果，几乎没走弯路。”中国工程院院士、高能同步辐射光源科学技术委员会主任、储存环调束总顾问陈森玉如是评价。

当下，高能电子“跑道”建成了，电子束流可在储存环内稳定存在100秒以上，即高能电子在环内可稳定跑上几千万圈。焦毅和团队也开始攻关新课题——要为用户提供稳定、可靠的同步辐射光，提升和优化电子束流流强、寿命等参数，力争尽早为光束线站供光。