探索微观世界的利器高能同步辐射光源年底试运行

xinwen.mobi · 发表于 2025-10-2 03:30:15

# 探索微观世界的利器：高能同步辐射光源年底试运行在北京怀柔科学城，一座外形酷似超级放大镜的巨型装置即将揭开神秘面纱。作为我国"十三五"国家重大科技基础设施，高能同步辐射光源（HEPS）将于2025年底正式启动试运行，这台世界上设计亮度最高的第四代同步辐射光源，将为人类探索微观世界提供前所未有的"火眼金睛"。## 一、大国重器的技术突破高能同步辐射光源的核心魅力在于其无与伦比的亮度——相当于太阳光的一万亿倍，这源于其独创的多弯铁消色散晶格技术。在周长1.36千米的储存环内，电子被加速到60亿电子伏特的能量，形成全球最窄的电子束，进而产生高度聚焦的硬X射线。这种高能X射线具有两大突出优势：一是穿透深度可达厘米量级，能够对厚重的工程材料进行无损检测；二是时间分辨率达到几百纳秒，较我国现有第三代同步辐射光源提升了1万倍。从建设进程看，HEPS项目自2019年启动以来，已实现多个关键节点突破：2024年7月完成全环真空闭环，标志着储存环全环贯通；2024年8月成功存储35个束团，流强达到12毫安；2025年3月启动带光联调，15条光束线站全部出光。特别值得一提的是，科研团队创新研发的前沿调光方法，成功解决了纳米聚焦镜等关键技术难题，实现了"加速器—插入件—光束线—实验站"全链路协同调试，目前束流发射度已降至93皮米弧度，各项指标均达到验收标准。## 二、跨领域的科研革命HEPS的建成将为多学科领域带来颠覆性的研究手段。在生命科学领域，它将延续我国同步辐射光源在病毒研究中的传统优势——继北京同步辐射装置解析非典病毒蛋白结构、上海光源助力新冠疫苗研发之后，HEPS凭借更高分辨率，有望破解复杂生物大分子的动态作用机制，为精准医疗提供结构基础。材料科学与工程领域将迎来新的研究范式。HEPS提供的纳米探针技术，能够实时观察材料在极端条件下的微观演变过程。例如，在航空发动机涡轮叶片研发中，科学家可利用其超高时间分辨能力，捕捉高温高压环境下材料原子的迁移轨迹，为研发新一代耐高温合金提供直接实验依据。能源与环境领域也将受益良多。借助HEPS的硬X射线成像技术，研究人员能够在原子尺度上解析电池电极材料的充放电过程，揭示容量衰减机制，为开发长寿命、高安全性的动力电池提供关键数据。在催化领域，可原位观察催化剂表面的反应动态，加速高效环保催化剂的研发进程。## 三、科研格局的重塑力量作为亚洲首个第四代高能同步辐射光源，HEPS的投入运行将显著提升我国在全球科研格局中的地位。目前，全球仅有瑞典MAX IV、巴西Sirius等少数装置进入第四代光源行列，而HEPS在设计亮度上超越了这些同行，成为国际顶尖的实验平台。正如MAX IV实验室加速器部门负责人Pedro Fernandes Tavares评价："这无疑是最先进的装置，将支持出色的科研工作。"从国内科研布局看，HEPS与重启开放的北京同步辐射装置形成了功能互补的良性格局。始建于1990年的北京同步辐射装置在完成升级改造后，保留8条光束线站继续开放，而HEPS一期15条光束线站将重点满足前沿研究需求。按照规划，HEPS最终可容纳90条光束线站，"十五五"期间将建成45条并开放使用，形成覆盖基础研究到产业应用的全链条创新平台。## 四、未来发展与挑战HEPS的试运行只是一个开始。根据工程规划，2026年6月完成国家验收后将正式投入运行，设计寿命30年，通过持续改造期望达到50年的工作寿命。为充分发挥这一大科学装置的效益，科研团队正在探索多渠道投资新模式，与科研用户、企业用户深度合作推进后续线站建设。值得关注的是，HEPS已展现出超越科研仪器本身的附加价值。2025年9月，该装置成功记录了一次地震过程，显示出在地球物理研究领域的应用潜力。随着用户需求的不断拓展，这台"超级显微镜"可能在更多交叉学科领域开辟新的研究方向。作为我国同步辐射光源发展的第四代产物，HEPS的建成标志着我国在大型科学装置领域实现了从跟跑到领跑的跨越。从1990年北京同步辐射装置建成，到2025年世界最亮光源的诞生，35年间我国微观探测技术实现了质的飞跃。这台造价48亿元的大国重器，不仅将为我国基础科学研究提供坚实支撑，更将成为全球科研合作的重要平台，照亮人类探索未知世界的征程。

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