我,一个高能物理博士,最近在当驯马师。是的,你没听错。我最近要驯的这匹“马”,就是我国高能同步辐射光源(HEPS)的直线加速器。今天我就给你介绍一下直线加速器和驯马有什么关系?“调束”究竟是怎样一份工作?
HEPS是我国在建的首台第四代同步辐射光源,建成后将是世界上亮度最高的同步辐射光源之一。它可以为我国科学家照亮微观世界,帮助他们更好的探索其中的奥秘。
HEPS的工作原理可以概括为“加速电子,生产光”。电子枪产生的高品质电子束,经过直线加速器加速到0.5GeV,然后进入增强器,在增强器进一步被加速到6GeV。最后,达到6GeV的电子束团从增强器里引出,注入到专门为电子发光准备的储存环中,以接近光速的速度保持回旋运动。
在储存环上的不同位置,电子束通过弯转磁铁或者各种插入件时,会沿着偏转轨道切线方向释放出稳定而且高能量、高亮度的光——同步辐射光。在后续调制后,就可以给用户实验提供高品质的同步辐射光了。HEPS主要由加速器、光束线和实验站构成,其中,加速器由直线加速器、增强器和储存环三台加速器组成,它们就像火箭的三级发动机,而直线加速器就是它的第一级发动机。
直线加速器是HEPS电子束的源头同时也是它的第一级加速结构,由端头的电子枪、聚束单元、加速结构、微波功率源等设备构成。在这里,电子枪产生的电子束经过压缩、加速和聚焦,最终达到500MeV的设计能量后经过输运线进入增强器再加速。
从束流在直线加速器的电子枪中产生,到最后在储存环里循环产生高质量的同步辐射光,不尽力控制好束流在每一步的品质表现,就很难获得极小发射度的电子束,更不用说我们最终需要的高品质光束了。这就是“调束”工作的意义。
驯马成功之后,还有新的挑战。3月14日,直线加速器成功加速第一束电子束,自此HEPS进入设备安装、调束并行阶段。
经调试,HEPS目前的电子束的各项指标在一步步向设计值靠拢,基本反映出直线加速器部分的设计、制造、安装和调试是成功的。5月18日,直线加速器通过了HEPS工程指挥部组织的工艺测试,6月5日,通过了工艺验收。HEPS直线加速器调束的成功,是HEPS这台“火箭”迈出的第一步。不久后我们将迎接新的挑战:转战增强器,点燃“第二级发动机”,并为后续增强器、储存环的顺利运行打下坚实基础。