高能同步輻射光源工程總指揮潘衞民：照見微觀世界，這束光比太陽亮萬億倍

【環球時報報道 記者 李迅典】在北京懷柔科學城，國家重大科技基礎設施——高能同步輻射光源（HEPS）日前正式啓動帶光聯調，標誌着這一“國之重器”進入建設衝刺階段。HEPS是設計亮度世界最高的第四代同步輻射光源，也是我國第一台高能量同步輻射光源。HEPS的建成將標誌着中國在同步輻射光源領域跨入世界領先行列。近日，高能同步輻射光源工程總指揮潘衞民在接受《環球時報》記者專訪時表示：“到今天，我們的光源已經走過了近40年，HEPS正式啓動帶光聯調，這意味着中國的同步輻射光源水平又往前邁了一大步。”

幫助科學家看到原子層面的東西

據潘衞民介紹，HEPS作為目前世界上設計亮度最高的第四代同步輻射光源，能夠提供更明亮、更聚焦的同步輻射光，為科研人員提供更清晰的微觀世界圖像。潘衞民解釋道：“簡單來説HEPS是一個大科學裝置，它能產生非常強、非常亮的光，這種光比我們平常看到的太陽光要亮萬億倍。它還有很特殊的性質，可以幫助科學家們看到一些非常小的東西，比如在原子、電子層面肉眼根本看不見的微觀世界裏的東西。”

HEPS的核心是儲存環加速器，其設計亮度比第三代光源高出100倍以上。截至2025年1月，經過多輪束流調試，HEPS儲存環束流流強已達到40毫安以上，發射度降低到93皮米弧度。電子束流的發射度是描述電子束質量和特性的重要參數之一，發射度越小，説明電子束在橫向的分散程度越小，電子束的運動分佈越接近於束流的軸向，束流的品質越好，發出的同步輻射光的亮度越高。目前裝置建設已進入最後的衝刺階段，預計再有半年左右即可完成驗收。

帶光聯調是高能同步輻射光源（HEPS）建設中不可或缺的關鍵環節。通過這一過程，裝置能夠將光調節到最佳狀態，滿足不同用户的實驗需求，從而為科學研究提供強大的支持。這一過程不僅是裝置性能優化的核心，也是實現國際領先水平的關鍵步驟。“就像踢足球或打乒乓球，只有實際接觸球才能真正發揮技巧，同樣，只有通過帶光聯調才能瞭解光的性質並優化其性能。”潘衞民對《環球時報》記者説。

“微米級精度”

HEPS裝置建設的重點主要集中在三個方面。一是加速器系統：包括直線加速器、增強器和儲存環等，需要確保電子束流的品質和穩定性，以實現高亮度的同步輻射光輸出。二是光束線站建設：首期建設14條用户光束線站和1條測試線站，這些光束線站是科研人員開展實驗研究的關鍵平台，需要滿足不同領域的研究需求。三是創新注入機制：基於增強器高能累積的置換注入，這種方案在滿足設計要求的同時，使得HEPS加速器更加綠色環保。

“儲存環電子動力學孔徑僅1-2毫米，電子真空孔徑只有22毫米，對設備安裝精度要求極高，基座上磁鐵就位誤差需控制在25微米以內，地面振動振幅不超過25納米。比如我們要調到一個很細的光，讓它達到一個納米水準，它能在納米尺寸上探索物質，不僅細還要亮，還要能穿透物質。”潘衞民表示。

據介紹，儲存環包含1776塊磁鐵、2500餘台電源及超10萬路控制信號，任何微小誤差都會影響束流軌跡。團隊通過不間斷調束，一天就實現了電子的首圈注入，幾天後實現了電子儲存，很快流強就達到了40毫安，為後續供光奠定了基礎。

在談到創新技術時，潘衞民表示：“首先，我們擁有高精度控制，目前束流尺寸達到微米量級，控制精度需達到亞微米；其次，高梯度磁鐵技術，我們的磁鐵精度達到國際領先水平，還有準直技術，要達到微米量級；最後再利用鍍膜技術實現高真空環境，達到了6毫米狹縫鍍膜。”

將為我國高端工業材料研發提供有力支持

據潘衞民介紹，HEPS能夠滿足不同研究領域對不同能量光的需求。其高亮度和高分辨率特性使其在探測微觀結構和動態變化方面具有極高的靈敏度，能夠檢測到更微小的物質變化。通過先進的技術和設計，HEPS在運行過程中具有較高的穩定性和可靠性，能夠為科研人員提供長期穩定的實驗條件。不僅如此，HEPS的成功還將為我國高端工業材料研發提供有力支持，比如航空發動機、燃氣輪機等領域的材料研究，支持探索新材料（如納米顆粒結構）、腦科學、催化過程等領域的研究。同時，它能夠實現從穩態到瞬態、從平衡態到非平衡態的動態研究，為科學家揭示物質本質和變化規律提供有力工具。

“HEPS的建成將推動全球科技進步，它不僅為我國科學家提供了先進的研究工具，也將吸引國際用户前來開展實驗。通過國際合作與交流，提升我國在國際科研領域的影響力。”潘衞民説。    

“打鐵還需自身硬，我們的光源建成以後，對國際上也秉持着開放的態度。畢竟擁有高能第四代光源的國家並不多，從2000年左右上海光源建成之後到如今HEPS即將落成，我國的光源事業取得了飛速進步。上海光源作為我國第三代光源，在中能區達到了國際先進水平，為我國科研事業做出了重要貢獻。HEPS作為第四代高能光源，不僅能量更高、分辨率更高、穿透力更強，光的性質也更優，這標誌着我國在光源領域的技術水平和科研能力又邁向了一個新的高度，同時也彰顯了科技強國的實力。”潘衞民表示。