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。