2024-08-19 22:26
速度接近光速的电子束,从增强器的出口射出,并在1776块磁铁的“指挥”下,沿着周长约1360米的储存环“跑道”飞奔。一束、两束、三束,一圈、两圈、三圈……越来越多的电子束有序加入奔跑的队伍。8月19日,记者从中国科学院高能物理研究所获悉,经过数周调试,位于怀柔科学城的高能同步辐射光源(HEPS)储存环流强超过10毫安,标志着高能同步辐射光源加速器建设成功,进入了调束快行道。
HEPS是我国乃至亚洲首台第四代同步辐射光源,也是全球首批10皮米弧度量级自然发射度的光源之一,建成后,它将发射比太阳亮度高1万亿倍的光,照亮微观世界。而要实现这一目标,建设一台具有超低发射度的全新储存环加速器是工程的核心工作。
HEPS的外观像一柄“放大镜”,储存环则是其“镜框”部分。今年7月,储存环完成全部设备研制和安装,随后启动并完成了多系统联合调试。1776块磁铁、2500余台电源、578个电子束流位置探测器……高能同步辐射光源工程总指挥、中国科学院高能物理研究所研究员潘卫民细数每一个节点,要让高能电子在1360米的真空室中稳定奔跑,相关的控制信号超过10万路。“任何一个微小的硬件错误,比如一个硬阻拦或设备安装错位,都会影响电子束的轨迹。”
“即使所有磁铁前期准直到位,在轨道校正前,仍然无法实现稳定闭轨。同时,体量如此庞大的装置在建设安装过程中,管道内任何一个硬阻拦,都会阻碍电子束的前进。”高能同步辐射光源加速器部副主任焦毅说,在调束启动前,物理调束团队与各硬件系统交叉协作,完成了加速器联调,为调束做了充足准备。
7月23日,储存环正式开机调束。第一束高能电子“侦察兵”率先出发,踏上了巨大的环形“跑道”。焦毅和同事紧盯屏幕上跳动的数据,密切关注电子向前传输的距离。别看储存环的周长以千米为单位计算,高能电子的“跑道”直径仅相当于大拇指粗细,最狭窄处两台切割磁铁的垂直物理孔径仅两三毫米,细如发丝的电子束需要准确“穿针”而过。“我们的目标,就是让高能电子在跑动过程中尽可能聚焦,减少‘碰壁’损失,实现更高的流强。”
出乎所有人的预料,原本预期持续1周的工作,调束团队仅用了不到1天,就实现了单束团电子束绕储存环的首次循环贯通。“可能是越努力的人运气就越好一点吧。我们没有遇到任何大的硬阻拦,磁铁的准直工作也做得非常好!”随着束流稳步前进,中央控制室内掌声此起彼伏。当“侦察兵”成功跑完一整圈,焦毅和同事们都激动不已。
对于这个过程,中国工程院院士、高能同步辐射光源科学技术委员会主任、储存环调束总顾问陈森玉用“零‘故事’”来概括。“设备太多,查起来太难,哪怕是再细心的人也会出错。全世界范围内的加速器,还没有哪一台敢说自己没有‘故事’的,但我们可以很自豪地说,HEPS储存环没有。”
当然,首圈循环贯通的成功只是一个开始,接近光速的高能电子,每秒能在储存环内跑上近20万圈,每一圈都是一次新的、高难度的“穿针引线”。“过程中电子难免会跑偏,我们要通过磁场温柔地调节它的轨迹,如果一次用力过大,电子可能会被踢开,最后丢掉。”最近一个月,焦毅和同事都是连轴转。“中间其实也经历了一些反复,有时候一天下来,尝试了各种手段,束流就是不向前走,好在最终都克服了。”
7月29日,单束团电子束循环超过10圈;8月6日,实现单束团电子束存储,流强约60微安,寿命超过1分钟;8月18日,成功存储35个束团,流强达到12毫安……“调束团队在很短的时间内,就取得了很好的成果,可以说几乎没有走一点弯路。”陈森玉感慨。
“刚刚翻过了一座山,后面还有更多山峰等待着我们攀登,可以说每天都有新的问题要解决。”在短暂的兴奋后,焦毅和团队将继续投身调束工作。目前电子束流可以在储存环内稳定存在100秒以上,即高能电子在环内可以稳定跑上几千万圈。要为用户提供稳定、可靠的同步辐射光,在接下来的几个月中,调束团队还将提升和优化电子束流流强、寿命等参数,力争尽早为光束线站供光。