近日，關于北京懷柔綜合國家科學中心的喜訊不斷傳出。 其中，高能同步輻射光源這個看起來像“放大鏡”的重大科技基礎設施，又傳來不少好消息——
▲HEPS項目現場航拍圖
項目開工兩年后，已完成約70%的建筑安裝工作，主環建筑已揭幕；
磁鐵、電源等設備的樣機試制已完成，已進入批量加工階段。 光束位置測量電子器件和像素陣列探測器的開發已取得階段性進展。 第一臺科研設備電子槍已安裝；
為HEPS提供技術研發和測試支撐能力的先進光源技術研發測試平臺（PAPS）已投入試運行。
今天的“懷柔解碼”，讓我們走近高能同步輻射光源，了解這一重大科技工程的建設內容、應用領域和“重任”。
項目狀況
高能同步輻射源（High，HEPS）位于懷柔科學城北部核心區。 在國家發展和改革委員會的支持和指導下，北京和中國科學院實施國家“創新驅動發展”戰略，建設懷柔科學城的重要核心裝置。 ，是國家發改委“十三五”期間重點建設的國家重大科技基礎設施，為國家重大戰略需求和前沿基礎科學研究提供技術支撐平臺。 項目主要建設內容包括加速器、光束線站及輔助設??施。 建設工期6.5年。 工程于2019年6月開工，預計2025年12月底完工。
HEPS項目的整體建筑造型就像一個放大鏡，這意味著它是探測微觀世界的利器。 建設高性能束線站容量不少于90個，首期將建設14個公共束線站，向工程材料、能源環境、生物醫藥、石化等領域用戶開放。
項目特色
HEPS是我國第一個高能同步輻射光源，也將是世界上最亮的第四代同步輻射光源之一。 其存儲環加速器電子束能量為6GeV，可提供的高能X射線將有效滿足國家戰略和產業核心創新相關研究對高能、高亮度X射線的迫切需求能力，使得我國同步輻射光源向高能區域拓展，形成與我國現有光源互補的能源區域，進一步滿足用戶快速增長的需求，確保同步輻射光源有可持續的支撐我國的科學研究。
HEPS存儲環加速器周長約1360.4m，電子束能量為6GeV，亮度高于1×1022 phs/s/mm2/mrad2/0.1%BW。 利用7BA彎鐵消色差結構單元，實現電子束的水平自然發射度優于60pm·rad，提供高相干性的同步輻射等特性，這也是第四代衍射極限的主要特點光源。
▲HEPS效果圖
▲第三代、第四代同步光源光斑截面對比
HEPS可以提供??具有高能量、高亮度、高相干性的同步加速器輻射。 具有納米級的空間分辨率、皮斯級的時間分辨率、兆伏級的能量分辨率，穿透能力強。 使研究真實工件的高精度顯微組織成為可能，這是高能射線衍射、高Z元素光譜、極端條件下的實驗、高密度和高密度等國家發展戰略和產業核心所迫切需要的。 /或大尺寸樣品成像等。相關研究提供了多維度、實時、原位表征平臺，用于分析工程材料的結構并觀察其演化的整個周期，為設計和控制提供信息的材料。
▲HEPS加速器布置圖
設備介紹
HEPS主體裝置主要由加速器、光束線和實驗站三部分組成。
NO.1
加速器
加速器是加速帶電粒子并提供同步輻射的裝置。 HEPS裝置加速器由三個獨立的加速器組成：直線加速器、增強器和存儲環，以及連接它們的三個傳輸線。
HEPS 加速的帶電粒子是電子。 首先回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，由源頭的電子槍產生高質量的電子束，然后由直線加速器加速到能量為0.5 GeV，并通過低能傳輸線注入增強器。 增強器將0.5GeV電子束加速到額定6GeV，穿過高能傳輸線，然后注入專門為電子發光而準備的存儲環中。
電子束以接近光速的速度在存儲環的圓形軌道上運動。 在存儲環上的不同位置，當通過彎曲磁鐵或各種插入物時，電子束運動方向發生變化，根據經典電動力學定律，會發射出高質量、高能量、高強度的連續或可調的電子束。沿偏轉軌道切線方向來自彎曲磁體或各種插入物的光譜同步輻射。 這就是為什么同步輻射裝置都是環形的。
NO.2
光束線
束線沿存儲環外側分布，是連接存儲環與實驗臺的橋梁。 從電子存儲環中提取的同步輻射光在光束線上經過高精度彎曲、單色儀、聚焦鏡等一系列精密光學系統。 經過光譜、準直、聚焦等進一步處理后，被運送到實驗站。
儲物環發出的同步光具有獨特的優點：
?光譜寬，同步輻射波長連續可調，覆蓋紅外、可見光、紫外和X射線波段。 根據需要，可以使用單色儀選擇不同波長的光進行單色光實驗；
?加速器內的電子分布不是連續的，而是電子束簇在進行旋轉運動。 因此，產生的同步加速器輻射也是脈沖的并且具有時間分辨率；
?同步輻射發散角小，光線幾乎平行。 因此其利用率和分辨率大大提高；
?高亮度，可用于高分辨率實驗。
經過處理后，HEPS的同步光具有納米級的空間分辨率、皮斯級的時間分辨率和兆伏級的能量分辨率。
▲HEPS光束線站布置圖
NO.3
實驗站
各領域的用戶在實驗站使用各種實驗儀器進行科學實驗。 實驗站內設有各類實驗裝置、樣品環境等實驗設備。 例如，大型衍射儀可以配備低溫樣品容器，用于研究超導狀態下材料的電子結構； 例如，可以配備高壓高溫裝置，研究高壓高溫條件下材料的結構。 各領域的用戶攜帶自己的樣品到實驗站，利用同步輻射和實驗站配備的各種儀器來獲取相關實驗數據。
HEPS建設高性能光束線站的能力不少于90個。HEPS光束線站基于高亮度、高能量、高相干性的特點，瞄準國家發展戰略和科學前沿發展，指國際高能同步輻射裝置的光束。 線路車站的設置還考慮了資金限制、建設進度等具體條件。 經過廣泛調研和多次討論，確定了第一批14條面向用戶的公共束線及相應的實驗站。 其中回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，11個束線實驗站位于實驗館大樓內，有3條長度超過100米的超長束線。 他們的光束線穿過實驗大廳大樓后，實驗站就建在大廳外面。
▲HEPS一期建設線路車站清單及布局圖
應用領域
每個HEPS線站都有自己擅長的實驗方法，如可以使用連續光譜的X射線吸收光譜法、使用高相干性、高通量的生物大分子微晶衍射實驗方法的X射線相干散射實驗方法、 X射線成像實驗方法等超硬技術及相關裝備支撐工程材料、催化與能源、生命科學與生物醫藥、新材料等國家發展戰略部署的前沿科學研究和課題。 在為眾多用戶提供常規技術支持的同時，也將為涉及國家發展戰略和工業核心迫切需求的研究提供多維度、實時、原位的表征平臺，以分析工程材料的結構并觀察其性能。它們的進化的完整周期。 整個過程為材料的設計和控制提供信息。
由于同步輻射裝置可以為各學科前沿研究提供重要支撐，建設以同步輻射裝置為核心的多學科研究平臺，形成多學科、多設備的聚集效應，建設國家級大型實驗平臺。 已成為科學基礎設施建設的顯著發展趨勢。 HEPS將與懷柔科學城建設的極端條件綜合裝置等其他設施和平臺緊密結合，形成綜合大型裝置集群，有效推動國家科技發展。
社會經濟效益
HEPS的建設是推動我國同步輻射光源領域研究走向世界前列的重要舉措。 建成后將為基礎科學和工程材料領域原創性、突破性創新研究提供重要支撐平臺，將顯著提升我國科技和產業能力。 在保持領域原始創新能力的同時，也將成為我國國際科技合作和基礎科學研究的重要平臺。
作為技術前沿的大型科學裝置，HEPS的建設本身將開發和引進多項世界先進技術，也將帶動和提升許多相關行業的技術進步，產生良好的社會效益和經濟效益。
加速器是集高頻、微波、高精度電磁場、穩定及脈沖電源、超高真空、高壓、精密機械、計算機自動控制等多種高新技術于一體的大型設備。光束線站的建設將引進和發展世界先進的光學技術和探測技術，包括各種形式的單色儀、分析晶體、像素陣列探測器、新型快速電子器件以及海量數據傳輸和處理等。 這些技術在我國的進一步開發和推廣，將極大地提高我國相關高新技術產業的水平。
現在
項目正在加速建設
期待HEPS的第一縷曙光
