大科學(xué)裝置，指的是國家重大科技基礎設施，是我國實(shí)現諸多重大科技成果突破和建設科技強國的“利器”。比如大家熟悉的射電望遠鏡——中國天眼FAST。五一期間，我國不少大科學(xué)裝置仍在施工中，科學(xué)家和建設者加班加點(diǎn)，保障工程順利進(jìn)行。這幾天，我們將走進(jìn)這些“國之重器”的工程現場(chǎng)，了解它們的重要作用。今天第一站，我們先走進(jìn)北京懷柔科學(xué)城。
高能同步輻射光源主體工程初具規模
在懷柔科學(xué)城，大科學(xué)裝置——高能同步輻射光源正在建設中。經(jīng)過(guò)四年建設，工程主體已經(jīng)初具規模。從空中俯瞰，高能同步輻射光源由三棟主體建筑構成，整體建筑外形好像一個(gè)放大鏡，用以“探測微觀(guān)世界”。從畫(huà)面不難看出，綜合實(shí)驗樓和用戶(hù)服務(wù)樓構成了“放大鏡”的“手柄”，而最大的圓環(huán)狀建筑則是光源裝置區域，也是核心建筑，它是“放大鏡”的“鏡框”。聽(tīng)說(shuō)建成后，這里能產(chǎn)生地球上“最亮的光”。
“最亮的光”比太陽(yáng)亮度高1萬(wàn)億倍如果把高能同步輻射光源比作一個(gè)放大鏡，我所在的位置就是最為核心的“鏡框”部分。因為加速器裝置還在建設調試，所以我們能夠近距離地來(lái)一探究竟。到2025年，高能同步輻射光源建成運行后，將會(huì )產(chǎn)生世界上“最亮的同步輻射光”，它的亮度比太陽(yáng)亮度高1萬(wàn)億倍，可以照亮微觀(guān)世界，將成為科學(xué)家探測微觀(guān)世界的國之重器。
加速電子生產(chǎn)光照亮微觀(guān)世界
最亮的光究竟是如何產(chǎn)生的呢？在展板上有個(gè)原理圖，基本的原理就是加速電子、生產(chǎn)光。在直線(xiàn)加速器部分，高壓電子槍出來(lái)的電子能量加速到0.5個(gè)GeV，然后在增強器從0.5個(gè)GeV加速到6個(gè)GeV，也就是6000兆電子伏，最后電子再進(jìn)入到外面大的儲存環(huán)中，電子在這里接近光速的速度奔跑中，會(huì )沿著(zhù)切線(xiàn)方向產(chǎn)生一束束非常關(guān)鍵的同步輻射光，用于我們的科學(xué)研究。
其實(shí)同步輻射光也比較好理解，因為在我們的日常生活中，有一個(gè)非常類(lèi)似的場(chǎng)景，就好像下雨時(shí)，很多人有過(guò)這樣的經(jīng)歷，如果我們轉動(dòng)雨傘，沿著(zhù)雨傘邊緣的切線(xiàn)方向會(huì )飛出一簇簇水珠，就好像是甩出去的一束束光。這些X射線(xiàn)光束發(fā)光的角度非常小，光子非常集中，所以照亮探測微觀(guān)世界的能力非常強。
看起來(lái)貌似簡(jiǎn)單，但是要讓看不見(jiàn)、以接近光速的速度奔跑的電子按照預定計劃的軌道運行，其實(shí)難度非常之大。比如增強器部分，電子就是在中間的真空管道中一邊奔跑一邊增強能量。在這個(gè)過(guò)程中我們看到周邊的這些設備就是磁鐵，有二極鐵、四極鐵、六極鐵，它們南極北極的個(gè)數不一樣，對電子約束的效果也不一樣，可以一起來(lái)調整電子奔跑的方向、角度，通過(guò)極其精細地調控讓近光速奔跑的電子按照需要的軌道來(lái)運行。
直線(xiàn)加速器電子束達到設計指標
經(jīng)過(guò)四年建設，高能同步輻射光源不僅僅是整體工程主體已經(jīng)基本建成，今年3月直線(xiàn)加速器滿(mǎn)能量出束，成功加速第一束電子束?？蒲袌F隊告訴記者，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月調試之后，目前直線(xiàn)加速器電子束是已經(jīng)達到了設計指標。增強器部分這些設備也已經(jīng)完成安裝和初步調試，下一階段將和直線(xiàn)加速器進(jìn)行聯(lián)調，要將電子束能量增強到6000兆電子伏，這也是非常非常關(guān)鍵的一步。
2025年，這一國之重器建成之后，最亮的同步輻射光將為我們探測微觀(guān)世界帶來(lái)哪些改變呢？讓我們一起期待。
高能同步輻射光源 未來(lái)應用前景廣闊
正在建設中的高能同步輻射光源，是我國第四代同步加速器光源。記者說(shuō)，它們的演變就像黑白電視圖像到彩電、LED，再到4K高清。那么未來(lái)的地表最強光，都能應用在哪些領(lǐng)域呢？
高能同步輻射光源是一種提供高性能X射線(xiàn)的大科學(xué)裝置，核心構成包括加速器、光束線(xiàn)、實(shí)驗站等，具有發(fā)射度低、亮度高、能量高、穿透能力超強、分辨率高等特點(diǎn)，發(fā)射的同步光基本覆蓋紅外光、可見(jiàn)光、真空紫外、X射線(xiàn)等波段。
高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛民：通過(guò)我們高能同步輻射光源，可以看到這個(gè)納米級的物質(zhì)的變化，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地、原位地跟蹤這個(gè)變化。對物質(zhì)的一些調控、物質(zhì)的生成，還有它制造當中的一些應力的變化，可以進(jìn)行深入的研究，這樣對新材料和我們一些高檔的材料，比如說(shuō)航空材料的制備、服役以及它的應力的分析大有幫助。
目前我國已完成四代同步輻射光源的布局，其中第一代同步輻射光源是北京正負電子對撞機上寄生的北京同步輻射裝置，第二代同步輻射光源位于合肥，第三代同步輻射光源位于上海，第四代則是正在懷柔建設的高能同步輻射光源，它側重于物質(zhì)微結構及其演化的研究，未來(lái)將逐步應用到航空航天、能源環(huán)境、生物醫藥等領(lǐng)域。從第一代到第四代同步輻射光源的發(fā)展，就像從黑白電視、彩電、LED到4K高清的演變。
高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛民：這也是世界上最亮的光源之一，相當于我們的手電筒，剛開(kāi)始是散光的，照不到很遠，照得很模糊，后來(lái)發(fā)展到手電筒是非常強光的，非常亮，照得很遠，同時(shí)物體看得清楚。我們可以對一個(gè)微觀(guān)物質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)、原位、多維度表征探測。在能源、生命科學(xué)、醫藥衛生、石油化工、物質(zhì)材料的新材料的開(kāi)發(fā)方面都有很多應用。（總臺央視記者 帥俊全 鄭瑋瑋）
