這里是北京雁棲湖畔的懷柔科學城。
群山環(huán)繞中，一個圓環(huán)狀的大科學裝置靜靜矗立其間。它是被公眾親切地稱為“放大鏡”的高能同步輻射光源（High Energy Photon Source，簡稱HEPS）。
提起光源，你的腦海中會浮現(xiàn)出燈泡的畫面吧，于是把HEPS想象成一個“大型燈泡”。
其實不然。這里的“高能”可不是“前方高能”里的那個“高能”，而是指物理學中探索微觀世界物質(zhì)探針所具有的高能量。
據(jù)HEPS工程總指揮潘衛(wèi)民研究員介紹，從高空俯瞰，HEPS整體建筑形似一個放大鏡，設計寓意為“探索微觀世界的利器”。“通俗地講，你可以把HEPS視為一個具有超精密、超快、超穿透能力的巨型X光機?！迸诵l(wèi)民說。
作為國家“十三五”重大科技基礎設施，HEPS由加速器、光束線站及配套設施等組成，總建筑面積約12.5萬平方米。周長約1.5千米的主體環(huán)形建筑，如同放大鏡的鏡框，里面安裝有儲存環(huán)加速器、光學元件、衍射儀等科學儀器。其中的儲存環(huán)里，分布著2400多塊磁鐵及各類高精尖設備。
“同步輻射是指接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿切線方向發(fā)出的電磁輻射，也叫作同步光。為了研究材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與變化的過程，科研人員需要借助強力的科研裝置進行探測解析?！敝锌圃焊吣芪锢硌芯克彼L、HEPS工程常務副總指揮董宇輝研究員說，作為研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平臺，HEPS能對物質(zhì)內(nèi)部進行多維度掃描，“HEPS運行的首要目標，就是提供高能、高亮度的硬X射線?！?/p>
產(chǎn)生X射線的常見方式有兩種：一是用加速后的電子轟擊金屬靶，產(chǎn)生X射線；二是在同步輻射裝置中，當電子以接近光速的速度“飛行”時，會在磁場作用下發(fā)生曲線運動，沿著彎轉(zhuǎn)軌道切線方向發(fā)射連續(xù)的電磁輻射。
“這就像下雨時，我們快速轉(zhuǎn)動雨傘，沿著雨傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠。”董宇輝說，與常規(guī)X射線相比，同步輻射光源產(chǎn)生的同步輻射光頻譜更寬、亮度更高、相干性和準直性更好。
同步輻射光源根據(jù)加速器中電子的能量，可以分為低、中、高三種，各有側(cè)重。董宇輝介紹，HEPS側(cè)重于對微觀結(jié)構(gòu)及演變的多維度、實時、原位表征，可用于航空發(fā)動機單晶葉片等工程材料結(jié)構(gòu)的多維度表征和1微米量級蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)演變表征等?！白鳛樘綔y物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探針，X射線的光源亮度是最為關鍵的指標——更高的亮度能將物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)‘看’得更清楚。因此，獲得更高亮度的X射線源一直是科學家孜孜以求的目標?！?/p>
多年來，我國持續(xù)發(fā)展同步輻射光源，有力支撐了國內(nèi)基礎科學的發(fā)展。但我國目前所擁有的同步輻射裝置均處于中、低能區(qū)，能區(qū)地域分布、光譜亮度等還滿足不了經(jīng)濟發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求。建設更高亮度的第四代高能同步輻射光源，成為潘衛(wèi)民、董宇輝等我國當代“追光人”的一大愿望。
2008年，HEPS科研團隊就開始對我國建設HEPS的必要性和可行性進行論證。此后經(jīng)過近十年攻關，科研人員成功完成關鍵技術攻關和樣機研制任務，具備了建設先進高能同步輻射光源的能力。
2019年6月，HEPS開工啟動，建設周期6.5年，預計將于2025年12月底竣工。建成后，它將在材料科學、化學工程、能源環(huán)境、生物醫(yī)學、航空航天等眾多領域大顯身手。
2021年6月28日，HEPS首套科研設備——電子槍（直線加速器端頭，即加速電子產(chǎn)生的源頭）安裝完成，標志著HEPS工程正式進入設備安裝階段。
目前，HEPS各建筑單體已陸續(xù)交付設備安裝?？梢灶A見，3年后，全球“最亮”的光源將照亮微觀世界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)奧秘。（張亞雄）
（責任編輯：蔡文斌）
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