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【48812】【晒晒咱的国之重器32】高能同步辐射光源:照亮微观世界的结构奥妙

发布时间:2024-07-19 18:16:07作者:倍加福传感器

  群山环绕中,一个圆环状的大科学设备静静矗立其间。它是被大众亲热地称为“放大镜”的高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,简称HEPS)。

  提起光源,你的脑际中会浮现出灯泡的画面吧,所以把HEPS幻想成一个“大型灯泡”。

  其实不然。这儿的“高能”可不是“前方高能”里的那个“高能”,而是指物理学中探究微观世界物质探针所具有的高能量。

  据HEPS工程总指挥潘卫民研讨员介绍,从高空俯视,HEPS全体修建形似一个放大镜,规划寓意为“探究微观世界的利器”。“浅显地讲,你能够把HEPS视为一个具有超精细、超快、超穿透才能的巨型X光机。”潘卫民说。

  作为国家“十三五”严重科学技术基础设备,HEPS由加快器、光束线站及配套设备等组成,总修建面积约12.5万平方米。周长约1.5千米的主体环形修建,好像放大镜的镜框,里边设备有贮存环加快器、光学元件、衍射仪等科学仪器。其间的贮存环里,散布着2400多块磁铁及各类高精尖设备。

  “同步辐射是指挨近光速的带电粒子在做曲线运动时沿切线方向宣布的电磁辐射,也叫作同步光。为了研讨资料内部结构与改变的进程,科研人需求凭借强力的科研设备进行勘探解析。”中科院高能物理研讨所副所长、HEPS工程常务副总指挥董宇辉研讨员说,作为研讨物质内部结构的渠道,HEPS能对物质内部进行多维度扫描,“HEPS运转的首要方针,便是供给高能、高亮度的硬X射线。”

  发生X射线的常见方法有两种:一是用加快后的电子炮击金属靶,发生X射线;二是在同步辐射设备中,当电子以挨近光速的速度“飞翔”时,会在磁场效果下发生曲线运动,沿着弯转轨迹切线方向发射接连的电磁辐射。

  “这就像下雨时,咱们快速滚动雨伞,沿着雨伞边际的切线方向会飞出一簇簇水珠。”董宇辉说,与惯例X射线比较,同步辐射光源发生的同步辐射光频谱更宽、亮度更高、相干性和准直性更好。

  同步辐射光源依据加快器中电子的能量,可大致分为低、中、高三种,各有偏重。董宇辉介绍,HEPS偏重于对微观结构及演化的多维度、实时、原位表征,可用于航空发动机单晶叶片等工程资料结构的多维度表征和1微米量级蛋白质分子结构演化表征等。“作为勘探物质结构的探针,X射线的光源亮度是最为要害的方针——更高的亮度能将物质内部的微观结构‘看’得更清楚。因而,取得更高亮度的X射线源一直是科学家孜孜以求的方针。”

  多年来,我国持续开展同步辐射光源,有力支撑了国内基础科学的开展。但我国现在所具有的同步辐射设备均处于中、低能区,能区地域散布、光谱亮度等还满意不了经济开展和国家战略需求。建造更高亮度的第四代高能同步辐射光源,成为潘卫民、董宇辉等我国今世“追光人”的一大希望。

  2008年,HEPS科研团队就开端对我国建造HEPS的必要性和可行性进行证明。尔后经过近十年攻关,科研人员成功完结要害技术攻关和样机研发使命,具有了建造先进高能同步辐射光源的才能。

  2019年6月,HEPS开工发动,建造周期6.5年,估计将于2025年12月底竣工。建成后,它将在资料科学、化学工程、动力环境、生物医学、航空航天等很多范畴大显神通。

  2021年6月28日,HEPS首套科研设备——电子枪(直线加快器端头,即加快电子发生的源头)设备好,标志着HEPS工程慎重进入设备设备阶段。

  现在,HEPS各修建单体已连续交给设备设备。能预见,3年后,全球“最亮”的光源将照亮微观世界物质的结构奥妙。

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