2023年12月14日 1360米轨道的误差小于0.1毫米

可能大家看到“高能同步辐射光源（HEPS）加速器储存环”这一名称都有点懵，搞不懂这个东西是做什么的，实际上我国建造的这台设备是一个环形电子加速装置，它的体积很大，其主体束流轨道周长约1360.4米，圆环内能放下20个足球场，是国内第一大，世界第三大的同步光源电子加速器。

看它的形状，和欧洲的环形强子对撞机很相似，本质上也是同一类的设备，然而在应用方面却完全不一样。我国新建这种加速器虽然是在加速电子，但是它的应用却不是电子方面，也不是粒子对撞方面，而是利用电子的一种效应产生同步辐射光源，并对光源加以应用。因此也可以说这台设备虽然本质上是一台电子加速器，但是在应用上却是一种同步辐射光源应用装置。

我国制造的这台高能同步辐射光源（HEPS）是第四代同步加速器光源装置，具有发射度低、亮度高、能量高、穿透能力超强、光频谱宽等特点。要让速度接近光速的高能电子顺利地在环形加速器中沿曲线奔跑，并且能控制它转弯，就必须保证极高的磁铁安装就位精度，其设计和建造标准是在周长1360.4米的储存环轨道上，磁铁的安装精度误差竟不能超过一根头发丝的直径，也就是小于0.1毫米。

其中单一共架磁铁的就位精度要小于30微米。而且要保证全环1776块磁铁各自的精度，隧道内的温度就必须稳定在25摄氏度，其正负偏差不能超过0.1­°C，可以说整个轨道内是超级恒温的。

高能同步辐射光源是一种重要的X射线源，应用领域非常广，但与常规X射线相比，高能同步辐射光源在光频谱、亮度、穿透性、准直性、相干性等方面有突出的优势，而且基本可覆盖红外光、可见光、紫外光、X射线等电磁波段。

但是该装置产生的同步辐射光主要是一种X射线，因此也可以说它是一种X射线生产装置，目前X射线在现实中的应用已经比较广泛，而比较常见的产生X射线装置有两种：一种是用高能电子轰击金属，当电子打击到金属上之后就会急剧减速，冲击产生的能量就会辐射电磁波，当电子束足够强时就可以激发X射线，这是目前医院、工厂乃至实验室等使用的产生X射线的方法。

高能电子轰击金属产生的X射线能量比较单一，亮度也不够高。后来科学家们又发现了一种方法，就是本文所讲的同步辐射装置，首先是科学家发现真空磁场中接近光速做曲线运动的电子束也会产生X射线，这是由于洛伦兹力所施加的向心加速度使电子沿着弯转轨道切线方向发射连续的X光。

上世纪40年代美国就在一台环形电子同步加速器上发现了这种电磁辐射，它是一个电子束曲线运行时同步产生的，所以称为“同步加速器辐射”，后来科学家们针对这种电池辐射效应制造了高能同步辐射光源（HEPS）加速器，专门使用它制造出的强X光源。

前面说了这台高能同步辐射光源（HEPS）加速器装置实为国家重大科技基础设施，它是由中国科学院高能物理研究所承担在北京怀柔科学城建设的一台大装备，也是这座科学城的核心装置。

既然是一座科学城的核心装置，那它的科学应用领域当然就很多了。几乎是在所有与微观结构有关的领域，如物理学、化学、生命科学和医学、材料科学和工程、能源科学和技术、地球和环境科学、纳米科技、乃至航空航天、地质考古、能源、医药、生物工程、环保等领域，凡是与微观领域相关的科研都会使用到同步辐射光源，比如蛋白质、DNA、RNA、核糖体、核小体等生物大分子结构，小到分子与原子的研究等，都需要同步辐射光源的参与才能展开研究。

我国这台高能同步辐射光源（HEPS）加速器建成后，将成为我国首台高能量同步辐射光源，也是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一，可以发射比太阳亮1万亿倍的光，有助于微观科研领域更深层次地解析物质微观结构和演化机制。

据央视网等媒体12月11日报道，我国国家重大科技基础设施项目高能同步辐射光源（HEPS）加速器储存环的最后一台磁铁安装就位，这也标志着HEPS储存环这一“大西征国重器”的主体设备安装闭环。可能大家看到“高能同步辐射光源（HEPS）加速器储存环”这一名称都有点懵，搞不懂这个东西是做什么的，实际上我国建造的这台设备是一个环形电子加速装置，它的体积很大，其主体束流轨道周长约1360.4米，圆环内能放下20个足球场，是国内第一大，世界第三大的同步光源电子加速器。看它的形状，和欧洲的环形强子对撞机很相似，本质上也是同一类的设备，然而在应用方面却完全不一样。

我国新建这种加速器虽然是在加速电子，但是它的应用却不是电子方面，也不是粒子对撞方面，而是利用电子的一种效应产生同步辐射光源，并对光源加以应用。

因此也可以说这台设备虽然本质上是一台电子加速器，但是在应用上却是一种同步辐射光源应用装置。

我国制造的这台高能同步辐射光源（HEPS）是第四代同步加速器光源装置，具有发射度低、亮度高、能量高、穿透能力超强、光频谱宽等特点。

要让速度接近光速的高能电子顺利地在环形加速器中沿曲线奔跑，并且能控制它转弯，就必须保证极高的磁铁安装就位精度，其设计和建造标准是在周长1360.4米的储存环轨道上，磁铁的安装精度误差竟不能超过一根头发丝的直径，也就是小于0.1毫米。

其中单一共架磁铁的就位精度要小于30微米。

而且要保证全环1776块磁铁各自的精度，隧道内的温度就必须稳定在25摄氏度，其正负偏差不能超过0.1­°C，可以说整个轨道内是超级恒温的。

高能同步辐射光源是一种重要的X射线源，应用领域非常广，但与常规X射线相比，高能同步辐射光源在光频谱、亮度、穿透性、准直性、相干性等方面有突出的优势，而且基本可覆盖红外光、可见光、紫外光、X射线等电磁波段。

但是该装置产生的同步辐射光主要是一种X射线，因此也可以说它是一种X射线生产装置，目前X射线在现实中的应用已经比较广泛，而比较常见的产生X射线装置有两种：一种是用高能电子轰击金属，当电子打击到金属上之后就会急剧减速，冲击产生的能量就会辐射电磁波，当电子束足够强时就可以激发X射线，这是目前医院、工厂乃至实验室等使用的产生X射线的方法。

高能电子轰击金属产生的X射线能量比较单一，亮度也不够高。

后来科学家们又发现了一种方法，就是本文所讲的同步辐射装置，首先是科学家发现真空磁场中接近光速做曲线运动的电子束也会产生X射线，这是由于洛伦兹力所施加的向心加速度使电子沿着弯转轨道切线方向发射连续的X光。

上世纪40年代美国就在一台环形电子同步加速器上发现了这种电磁辐射，它是一个电子束曲线运行时同步产生的，所以称为“同步加速器辐射”，后来科学家们针对这种电池辐射效应制造了高能同步辐射光源（HEPS）加速器，专门使用它制造出的强X光源。

前面说了这台高能同步辐射光源（HEPS）加速器装置实为国家重大科技基础设施，它是由中国科学院高能物理研究所承担在北京怀柔科学城建设的一台大装备，也是这座科学城的核心装置。

既然是一座科学城的核心装置，那它的科学应用领域当然就很多了。

几乎是在所有与微观结构有关的领域，如物理学、化学、生命科学和医学、材料科学和工程、能源科学和技术、地球和环境科学、纳米科技、乃至航空航天、地质考古、能源、医药、生物工程、环保等领域，凡是与微观领域相关的科研都会使用到同步辐射光源，比如蛋白质、DNA、RNA、核糖体、核小体等生物大分子结构，小到分子与原子的研究等，都需要同步辐射光源的参与才能展开研究。

我国这台高能同步辐射光源（HEPS）加速器建成后，将成为我国首台高能量同步辐射光源，也是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一，可以发射比太阳亮1万亿倍的光，有助于微观科研领域更深层次地解析物质微观结构和演化机制。

这台装置建在北京怀柔科学城，目前即将进入建造收尾的阶段，预估明年将开始发光调试， 肯明年底将发出第一束光，这定会吸引一大批应用单位入驻此地，在这个圆形电子加速器的周边，会建设很多个光源输出口，供相关单位应用，这将来也必定会产生相当多的科研和应用成果，从而提升我国国家发展战略与前沿基础科学技术领域的原始创新能力。

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