2024年5月15日Nature头条

标题： 世界上最亮的X光：中国建立了亚洲第一个下一代同步加速器

副标题： 耗资6.65亿美元的高能同步辐射光源(HEPS)在北京郊区建立，这使得中国成为世界上少数几个有第四代同步辐射光源的国家

附图1：中国全新的同步辐射光源将于2025年对研究者开放

附图2：这个设施位于北京市中心50公里外

主要内容：

 ——北京，怀柔

 世界上最亮的同步辐射X光将于今年年底在中国的高能设施发射。耗资6.65亿美元的HEPS是亚洲首个，这使得中国成为世界上少数几个有第四代同步辐射光源的国家。

 “这绝对是世界上能满足前沿科学研究的最先进的设备。”，瑞典隆德的一个同步辐射设施MAX IV实验室负责人Pedro Fernandes Tavares说。

 在北京距离北京市中心50公里的怀柔的环形加速器设施中，研究人员微调成千的组件使其可以发射光源刺入样品，以实时揭示其内部的原子和分子结构。到六月底，团队希望可以结束真空室的安装，真空室是维持光强和稳定性的至关重要的组件。

 ——超级分辨率

 在它的储存环内是一个1.36公里的圆周，HEPS可以将电子加速到6千兆电子伏特。这将会产生很高的能量，硬X射线可以探测样品内的纳米结构。它的分辨率是目前中国最先进的同步加速器——第三代同步加速器432米周长的上海同步辐射光源设施的10000倍。在中国科学院高能物理研究所工作的光学科学家Ye Tao 说：“这将允许研究人员在一纳秒的时间内做测量，而不是原来的一毫秒。”

 当2025年HEPS对研究者开放，用户将可以从14种光中选择用于实验对象，涵盖了生物医药、能源、先进材料和凝聚态物理。之后，HEPS有望使用90条光。这个环形设施 “被期望运用于除了数学的所有科学领域” ，Tao说。

 目前，为了测定蛋白质的原子结构研究人员需要纯化并且结晶这些分子使其可以用于X射线衍射实验。Tavares表示，以前的同步加速器需要很大的样品量，这是很难实现的，这使得研究很小的蛋白质几乎是不可能的。但是HEPS所产生的硬X射线能量高到可以分析哪怕是最小的样品的细节。这个新的同步加速器同样允许研究者快速进行以往需要花费数天的实验，他补充道。“它的出现改变了游戏规则。”，Tavares说。

 ——更大，更亮

 目前世界上有70个同步加速器在运行或建设中，但是其中只有很小一部分是像Tavares所在的MAX IV实验室这样是可以产生又亮又集中的光的第四代。位于巴西坎皮纳斯的天狼星，位于法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施的极亮源，以及位于伊利诺伊州莱蒙特的先进光子源，几乎升级已经完成。中国科学院高能物理研究所的物理学家，同时也是HEPS的副管理人Yuhui Li说：“中国的HEPS是从零开始建设的而不是基于目前已有的设施，因为它需要的加速器比目前中国现有的所有加速器都大得多。”

 巴西同步加速器光实验室，天狼星的运营者Harry Westfahl Jr说：“像HEPS这样的第四代设备依靠一组被称为多弯消色差晶格的磁铁来产生更窄的x射线束，因此它也比上一代设施亮的多。”HEPS的电子束是世界上最窄的，这使得它可以发射非常硬的X射线。这使得研究者可以在同样的辐射剂量下从他们的样品中的获得更多信息。HEPS国际咨询委员会的Westfahl补充：“如此高分辨率的设施对于科学家了解物质的性质、研发新材料的是否具有影响力的。”

 到今天，研究人员主要专注于如何让光束足够稳定来达到使用的要求。这过分讲究的过程需要一步步的调试。Li说：“没有光源在开始就是完美的。”

词汇表：

synchrotron n.同步加速器

High Energy Photon Source(HEPS) n. 高能同步辐射光源

state-of-the-art 最先进的

installation n. 设备

cater for 满足

chamber n. 室

circumference n. 周长

finicky adj. 过分讲究的

原文链接：https://doi.org/10.1038/d41586-024-01346-4