全球最亮X射线将来自中国怀柔

怀柔，北京。

今年底，中国新建的高能设施将点亮全球最亮的同步辐射X射线。这个造价48亿元人民币的高能同步辐射光源（HEPS）将成为亚洲首个同类装置，使中国成为全球少数几个拥有第四代同步光源的国家。

“这无疑是最先进的装置，将支持出色的科研工作。”MAX IV实验室的加速器部门负责人、物理学家Pedro Fernandes Tavares说道。MAX IV实验室是位于瑞典隆德的同步辐射装置，是HEPS在亮度上的竞争对手。

在距北京市区约50公里外的怀柔，研究人员正在HEPS的环形建筑内对数千个部件进行微调，这些部件将产生能深度穿透样本的光源，实时揭示分子和原子结构。到6月底，HEPS团队希望能完成真空盒系统的安装——这些关键部件能维持光源的亮度和稳定。

超分辨率

在周长1.36千米的储存环内，HEPS会把电子加速到6千兆电子伏的能量。这将产生能以纳米尺度探索样本的高能“硬”X射线。其时间分辨率是第三代同步加速器的1万倍——周长432米的上海同步辐射光源就是第三代同步加速器，也是中国目前在用的最先进的同步加速器。有了新的加速器，研究人员就能获得几百纳秒而非毫秒的测量数据，中国科学院高能物理研究所（IHEP）光束线科学家陶冶说。

等2025年HEPS向整个科研群体开放后，使用者能从14条光束线站中选择，用于生物医学、能源、先进材料和凝聚态物理等学科的实验。今后，HEPS预计可容纳不少于90条光束线站。陶冶说：这个环形装置将“影响数学以外的所有科学领域”。

比如，为了解析蛋白质的原子结构，研究人员需要将这些分子纯化并引导成能用X射线成像的有序晶体结构。上一代同步加速器需要使用很难制作的大样本，导致小的蛋白质晶体几乎研究不了，Tavares说。但HEPS的硬X射线强到连最小样本的细节也能分析。新的同步加速器还能让研究人员快速做完旧装置要几天才能完成的实验。Tavares：“它是名副其实的变局者。”

目前全球在用或在建的同步加速器约有70个。但只有一小部分属于第四代——第四代加速器能产生最亮最聚焦的光源。这其中有瑞典的MAX IV实验室、巴西坎皮纳斯的Sirius、欧洲同步辐射装置位于法国格勒诺布尔的Extremely Brilliant Source，以及美国伊利诺斯州的先进光子源（升级工作即将完成）。HEPS是从头开始建设的，而非基于任何原有装置，因为它需要比中国现有加速器更大的加速器来产生超强硬X射线，IHEP的物理学家、HEPS副总经理李煜辉说道。

HEPS这类第四代加速器使用名为多弯铁消色散晶格的一组磁铁来产生比上一代装置更窄（从而更亮）的X射线束，运行Sirius的巴西同步光源实验室主任Harry Westfahl Jr说道。HEPS的电子束将成为全球最窄的电子束，能产生非常强的X射线。即使使用同等量的辐射，研究人员获得的样品信息将比使用前几代光源更多。分辨率如此高的成像将对科学家了解物质性质以及开发新材料产生巨大影响，HEPS国际顾问委员会成员Westfahl说道。

而现在，研究人员必须确保这个光束能达到可使用的稳定性。这是个很繁琐的过程，每一步都要调整，李煜辉说道，“没有光束一开始就是完美的。”