《欧洲同步辐射光源将于2020年开放“极亮x射线源”》

  • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
  • 编译者: 魏韧
  • 发布时间:2019-11-08
  • 2018年12月10日是欧洲同步辐射光源(ESRF)历史上的关键日期。在签署ESRF合作协议30年后,最后一束光束停在原来的存储环中。从现在开始,ESRF将关闭20个月,拆除储存环,建设新的X射线源,即2020年向用户开放的极亮X射线源(EBS)。

    三十年前,位于法国格勒诺布尔的ESRF成为世界上第一个第三代同步加速器光源,生产的X射线比医院使用的X射线亮1000亿倍,为科学家提供了研究生命物质的平台。三十年来,ESRF的科研成果(超过32000份出版物,每年服务超过5000名用户,支撑了4位诺贝尔奖获得者的研究)以及X射线束的亮度和稳定性打破了世界记录。今天,有了EBS,ESRF将继续保持其在同步辐射领域的领先地位。EBS耗资1.5亿欧元,由ESRF的22个成员国资助,它为同步加速器储存环(世界上第一个高能第四代储存环)建立新标准,与第三代标准相比,X射线性能提高了100倍。

    1、第一个高能第四代同步加速器

    EBS代表着一个巨大的挑战,不仅因为它将科学和技术推向已知极限,而且也体现在对人力和物流的规模要求上。在接下来的20个月里,ESRF将把它的科学用户程序置于待机模式,拆除目前844米的圆形存储环,并在现有基础设施内安装新的EBS磁体结构。新结构将使用混合多偏转磁铁消色散磁聚焦结构(HMBA)。

    EBS需要许多关键的创新技术。这是一种新型的储存环,有七块弯曲磁铁,每个弯曲磁铁和光学元件磁铁可最大化电子束稳定相空间,降低水平发射度,电子堆积得更加紧密,X射线的亮度和相干度提高了两个数量级,电子束的激光性质接近于欧洲自由电子激光器(XFELs)。EBS还在128个偶极磁铁上采用永磁技术,显著降低电耗。在新的EBS存储环中,1000块新磁铁(几乎是前一个存储环的两倍)将被安置在加速器通道内的同一空间。

    2、开创同步加速器科学研究

    新的EBS存储环还将建设与现有光束线相辅相的四条全新生物重要光束线,建设一个高性能、耗资巨大的探测器,开发尖端实验控制和数据分析工具,以提升设施运行绩效。

    新的EBS光束线将能够更详细、更高质量、更快地探测原子级复杂材料,帮助科学家解决人类社会面临的主要问题,包括下一代药物、生物材料和可持续材料的开发,并对生物有机体的复杂工作机制提供深入的见解,还有助于通过历史文物或化石了解近代或远古的历史,驱动应用和创新研究。

    EBS将成为国际科学界一种强有力的新设施,打开X射线科学新实验的大门。EBS磁体结构的设计推动了加速器技术的发展,带动了世界各地其它主要光源的研究,推动了同步加速器科学进步。

  • 原文来源:;http://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/no-beam-for-a-while-seeuin2020.html
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    • 第一个电子已按计划注入新的欧洲同步辐射光源(ESRF)的存储环——第一个高能第四代同步加速器(EBS),成功完成了全球独一无二加速器的工程设计和安装,新一代高能同步加速器开始进入调试阶段,这是国际科学界迈向新一代X射线光源的重要里程碑,将有助于国际科学界学科前沿研究。研究小组将在接下来的几周内努力优化电子束的参数,增大电流,并利用电子束调节储存环真空系统。 第一个高能第四代同步加速器EBS 建设EBS是2015—2022年ESRF升级计划,耗资1.5亿欧元,核心是开发新型同步辐射储存环,建设全新的同步辐射源。该计划具备先进的波束线、先进的仪器和数据管理。 ESRF是第一台第三代同步加速器,成立于1988年并于1994年启用。EBS将先前的光源参数提高了100到1000倍,突破性的设计性能依赖于非常低发射率的多弯消色差(MBA)存储环。新的和原始的加速器都是按照混合多弯消色差(HMBA)晶格设计,这为全球新一代同步加速器的发展铺平了道路。 EBS依赖于许多关键的创新技术。与原来的两个弯曲磁铁相比,这种新的存储环有七个弯曲磁铁,采用原始的磁光学设计弯曲每个单元磁铁,同时最大化电子束,稳定相空间体积,并大幅降低水平发射率。电子束的横向排列更加紧密,使X射线的亮度和相干性提高了两个数量级。EBS还针对128个偶极磁体采用了永磁技术,减少了同步加速器辐射浪费,并降低壁挂式电耗20-30%。EBS解决了数十年的难题,实现了稳定的衍射高能存储环。 X射线科学的新曙光 EBS增强的X射线性将为从宏观到纳米尺度的材料和生命物质的研究提供新工具,并有望为少数原子团簇的直接成像提供新手段。它将使科学家能够更详细、更高质量、更快地探测复杂的材料,在健康、能源、环境、新型可持续性和创新材料、文化遗产和古生物学等领域带来新的研究机遇。 科学、技术和人类挑战 在停止运行的20个月中,各小组从储存环隧道内移除了近2000吨部件。从2019年3月到2019年12月,EBS储存环已经安装完毕。EBS有超过10000个单独的组件,每个组件在844m长的存储环上精确对准,误差控制在50微米以内(大约是头发的宽度)。三个月内欧洲同步辐射光源将运行,届时重新启动该设施的光束线仪器,为国际科学用户开启最大的射束线,并于2020年8月25日重新启动的用户程序。 EBS保证ESRF未来几十年仍是同步加速器领域的先驱,它有效地使用了90%的现有基础架构,降低了欧洲同步辐射光源的碳足迹。  
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    • 2024年6月27日,《科学》期刊报道,经过耗资 8.15 亿美元的重建,美国领先的硬 X 射线同步加速器--位于阿贡国家实验室的先进光子源(APS)--在原 APS 关闭 14 个月后,于上周向用户输送了第一束光束。其环形加速器有1.1 千米长,电子通过 70 条光束线辐射出 X 射线。APS 的硬(短波长)X 射线可以揭示晶体或分子中单个原子的位置,服务于材料科学、凝聚态物理、化学和结构生物学等领域。重建装置将电子集中到更窄的光束中,从而提高了 X 射线束的强度。APS 的主要竞争对手-欧洲同步辐射设施的科学家在 2020 年完成了类似的升级,因此他们的机器比原来的 APS 亮大约 60 倍。但新的 APS 的设计最终应能使其亮度比前者高出 500 倍。