8月18日,高能同步輻射光源(HEPS)儲(chǔ)存環(huán)流強(qiáng)達(dá)到12毫安,這是HEPS建設(shè)的又一重要里程碑,標(biāo)志著HEPS加速器進(jìn)入了調(diào)束快行道。
HEPS是我國(guó)及亞洲首臺(tái)第四代同步輻射光源,也是全球首批10皮米弧度量級(jí)自然發(fā)射度的光源之一,其核心是一臺(tái)具有極低發(fā)射度的全新儲(chǔ)存環(huán)加速器,物理設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。在國(guó)際通用的混合多彎鐵消色散結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,HEPS加速器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地融合了包含縱向梯度二極鐵和反向彎轉(zhuǎn)二極鐵的新型單元節(jié)等多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì),完成了國(guó)際已建及在建同類光源中自然發(fā)射度指標(biāo)最高的儲(chǔ)存環(huán)設(shè)計(jì)方案。同時(shí),HEPS還首次提出并采用了基于增強(qiáng)器高能累積的置換注入方案,為高電荷量束團(tuán)置換注入開辟了新路徑。
HEPS工程總指揮潘衛(wèi)民研究員指出,“為了實(shí)現(xiàn)國(guó)際一流的加速器及光源整體性能,磁鐵、電源、真空、注入、機(jī)械、準(zhǔn)直、高頻、束測(cè)、控制、定時(shí)、插入件等硬件指標(biāo)要達(dá)到第四代光源的高標(biāo)準(zhǔn)和高要求。調(diào)束初期,儲(chǔ)存環(huán)就有1776塊磁鐵,2500余臺(tái)電源,578個(gè)電子束流位置探測(cè)器,1360米真空室,3個(gè)高頻腔,2臺(tái)脈沖沖擊器和切割磁鐵,控制信號(hào)超過10萬(wàn)路,任何一個(gè)微小的硬件錯(cuò)誤,例如一個(gè)硬阻攔或設(shè)備安裝錯(cuò)位,都會(huì)影響電子束的軌跡,另外,HEPS與眾不同,它有注入和引出兩塊切割磁鐵,垂直物理孔徑僅兩三個(gè)毫米,對(duì)調(diào)束來(lái)說,這無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)”。
經(jīng)過5年的建設(shè),今年7月1日HEPS儲(chǔ)存環(huán)完成全部設(shè)備研制和安裝,啟動(dòng)多系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試,隨后加速器物理與各硬件系統(tǒng)交叉協(xié)作,完成磁鐵極性測(cè)試、硬件遠(yuǎn)控測(cè)試、調(diào)束軟件-硬件測(cè)試等加速器聯(lián)合調(diào)試。此外,為了應(yīng)對(duì)超低發(fā)射度儲(chǔ)存環(huán)首圈調(diào)束可能面臨的各種挑戰(zhàn),加速器物理與束測(cè)系統(tǒng)基于增強(qiáng)器開展了大量的束流實(shí)驗(yàn),為儲(chǔ)存環(huán)調(diào)束監(jiān)測(cè)手段做了充分準(zhǔn)備。
7月23日12點(diǎn)45分,各系統(tǒng)認(rèn)真核查,并完成開機(jī)準(zhǔn)備單簽署后,HEPS儲(chǔ)存環(huán)正式開機(jī)調(diào)束。當(dāng)天,開機(jī)僅三個(gè)小時(shí)即實(shí)現(xiàn)了單束團(tuán)電子束的高能輸運(yùn)線傳輸及儲(chǔ)存環(huán)首次在軸注入,隨后成功實(shí)現(xiàn)單束團(tuán)電子束繞儲(chǔ)存環(huán)首次循環(huán)貫通。
開機(jī)以來(lái),HEPS加速器部副主任焦毅研究員帶領(lǐng)平均年齡僅34歲的調(diào)束團(tuán)隊(duì),每天24小時(shí)不間斷地進(jìn)行調(diào)束。他提到,儲(chǔ)存環(huán)調(diào)束面臨物理孔徑嚴(yán)格限制(兩臺(tái)切割磁鐵處垂直物理孔徑僅±2.5毫米)、動(dòng)力學(xué)孔徑小(約1毫米)、軌道響應(yīng)非線性顯著、可調(diào)變量極多(僅校正子即有1000多個(gè)變量)、調(diào)束初期束流狀態(tài)監(jiān)測(cè)精度受限等多重困難和挑戰(zhàn),調(diào)束團(tuán)隊(duì)成員通力協(xié)作,各自發(fā)揮所長(zhǎng),通過采用逐校正子強(qiáng)度掃描、校正子組合搭配、工作點(diǎn)調(diào)節(jié)、高頻頻率及其他參數(shù)優(yōu)化、脈沖元件參數(shù)掃描、注入延時(shí)調(diào)節(jié)、注入束參數(shù)優(yōu)化、六極鐵強(qiáng)度優(yōu)化、局部軌道調(diào)節(jié)等能想到的各種手段,克服了各項(xiàng)困難和挑戰(zhàn)。
8月6日凌晨,HEPS儲(chǔ)存環(huán)首次成功實(shí)現(xiàn)單束團(tuán)束流存儲(chǔ)。隨后啟動(dòng)多束團(tuán)注入調(diào)試,并通過斜四極鐵強(qiáng)度調(diào)節(jié)、全局及局部閉軌測(cè)量與校正、注入束電荷量及穩(wěn)定性優(yōu)化等手段,持續(xù)提升存儲(chǔ)流強(qiáng)和束流壽命。
8月18日,儲(chǔ)存環(huán)成功存儲(chǔ)35個(gè)束團(tuán),流強(qiáng)達(dá)到12毫安。潘衛(wèi)民表示,“儲(chǔ)存環(huán)成功實(shí)現(xiàn)束流存儲(chǔ)是一項(xiàng)重大進(jìn)展,這表明我們前期的設(shè)備安裝、調(diào)試非常成功,也標(biāo)志著HEPS光源進(jìn)入了一個(gè)新的階段?!?/span>
HEPS科學(xué)技術(shù)委員會(huì)主任、儲(chǔ)存環(huán)調(diào)束總顧問陳森玉院士在參加調(diào)束后表示,“HEPS儲(chǔ)存環(huán)僅有毫米級(jí)的動(dòng)力學(xué)孔徑,加上注入引出區(qū)存在兩個(gè)垂直方向±2.5毫米的物理孔徑限制,其調(diào)束任務(wù)是異常艱巨的。HEPS調(diào)束團(tuán)隊(duì)在很短的時(shí)間內(nèi)就取得了很好的調(diào)束成果,可以說幾乎沒有走一點(diǎn)彎路,表現(xiàn)出色”。
在接下來(lái)的幾個(gè)月內(nèi),HEPS調(diào)束團(tuán)隊(duì)將再接再厲,提升和優(yōu)化電子束流流強(qiáng)、壽命等參數(shù),力爭(zhēng)盡早為光束線站供光。
HEPS是我國(guó)“十三五”期間優(yōu)先建設(shè)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一,是國(guó)家發(fā)展改革委批復(fù)立項(xiàng),中國(guó)科學(xué)院、北京市共建懷柔科學(xué)城的核心裝置,由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所承擔(dān)建設(shè),于2019年6月啟動(dòng)建設(shè),建設(shè)周期6.5年。目前,HEPS直線加速器、增強(qiáng)器已滿能量出束,儲(chǔ)存環(huán)正在束流調(diào)試,光束線站正在加緊設(shè)備安裝。建成后,HEPS可發(fā)射比太陽(yáng)亮度高1萬(wàn)億倍的光,將是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一,也將是中國(guó)第一臺(tái)高能量同步輻射光源,使中國(guó)繼歐、美之后躋身為世界三大第四代高能同步輻射光源所在地之一,將與我國(guó)現(xiàn)有的光源形成能區(qū)互補(bǔ),面向航空航天、能源環(huán)境、生命醫(yī)藥等領(lǐng)域用戶開放。
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