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《最冷的高能同步加速器实验》

  • 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：2019-06-27

  • 法国的研究团队创造并测试了毫开尔文极低温度（TBT-mK）低温保持器，可支撑科学家开展同步加速器高能范围的最低温度的实验。来自矿物学、材料物理和宇宙化学研究所的Philippe Sainctavit和来自斯特拉斯堡物质与化学研究所、SOLEIL同步加速器的Jean-Paul Kappler和Loïc Joly最先完成了这项发明，并制作出第三代的仪器。

    该团队已在ESRF ID12上安装了该机器，在仪器研发团队与线站工作人员协作下，安装历时5周，现用于磁力实验。最近，TBT-mK在欧洲同步辐射光源上营造了0.5开尔文（-272.65摄氏度）的磁场低温环境，并成功开展高能实验。这是高能同步加速器有史以来达到的最低温度。该团队将另一个低温保持器安装在同步加速器SOLEIL的光束线DEIMOS上，在软X射线能量范围也达到了冰点温度。此温度略低于布莫让星云中的温度，后者是宇宙中最冷的已知物体。

    科学家使用该仪器进行磁力实验，研究在极低温度下具有某些特性的材料，这种极端低温环境就如同在实验过程中将磁场倍增4倍。在ESRF上，该团队通过分子磁体的构建模块实验成功地完成仪器测试，在低于1开尔文的温度条件下材料特性才得以展现。这些材料被认为是下一代计算机的基石。

  • 原文来源：https://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/weekendusers-the-coolest-high-energy-synchrotron-experiment.html
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  • 《高能第四代同步加速器极亮光源》
    • 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：2020-09-14
    • 第一批电子已按计划注入新的欧洲同步辐射光源（ESRF）极亮光源存储环。这是第一个第四代高能同步辐射光源——极亮光源（EBS）建设道路上的重要里程碑，它标志着在ESRF现有设施的基础上成功完成了全球独一无二的加速器的建造和安装工作，也标志着新一代高能同步加速器的调试阶段的开始。 12月2日，各个团队都在ESRF的控制室里仔细监测新的EBS储存环的第一批电子。第一批电子循环是一个巨大的成就，对于整个同步加速器用户群体来说，是值得骄傲的。极亮光源现在开始活跃起来，这是迈向新一代硬X射线源的重要里程碑，它将成为国际科学界推动科学前沿不可或缺的工具。 在首次注入电子之后，研究小组将在接下来的几周内努力优化束流参数，提高电流，并使用束流调节储存环真空系统。 接下来要做的工作包括： •2020年3月2日之前进行储存环调试，获得重启实验计划所需的束流参数， •2020年3月2日至8月24继续进行储存环调试，并重新启动实验计划， •2020年8月25日恢复用户服务模式。 极亮光源是2015-2022年期间斥资1.5亿欧元建造的欧洲同步辐射实验室升级项目，作为欧洲研究基础设施战略论坛（ESFRI）路线图中的里程碑，其核心是基于ESRF充分开发的新型储存环概念建造全新的同步加速器。 为有效利用新资源，最先进的波束、先进的仪器方案和数据管理执行计划补充了该计划方案。 ESRF于1988年建立，并在1994年启用，是第一台第三代同步加速器，将以前的参数提高了100至1000倍。ESRF正在使用极亮光源取代其先前的第三代光源，这台机器将光源参数，特别是X射线束的亮度和相干性，至少再提高100倍。极亮光源的性能提升依赖于高效实现了极低发射度多弯消色差透镜（MBA）储存环。极亮光源概念基于混合多偏转磁铁消色散磁聚焦结构（HMBA）设计，目前正在为全球新一代同步辐射光源的研发打下基础。 极亮光源依托于多项关键创新技术。这是第一种新型存储环，其将原来每个单元两个弯曲磁铁增加到七个，并采用了原始的磁光学设计，最大化电子束可用的稳定相空间体积，并大幅降低了水平发射度。其结果是电子束的横向堆积更加紧密，使X射线的亮度和相干度提高了两个数量级。极亮光源还对128个偶极磁体采用永磁体技术，显著减少了同步辐射损耗，壁挂式电耗显著减少20-30%。极亮光源解决了长达几十年的难题，实现了稳定、高性能的衍射极限高能存储环，使ESRF-EBS存储环成为第一个高能第四代同步辐射光源。 极亮光源增强的X射线性能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，并有望直接为原子团成像，使科学家能够更详细、更高质量、更快地探索复杂材料，在卫生、能源、环境、可持续创新材料、文化遗产和古生物学等领域激发新的研究机会。 2019年3月至2019年12月，新的极亮光源存储环安装完毕，包括超过1万个单独部件，每个部件都精确排布在844米长的存储环上，精确到50微米（大约一根头发的宽度）。ESRF专家现在面临的挑战是在三个月内使新机器达到运行条件，届时将重新启动该设施的光束线站，目的是于2020年8月25重新启动用户方案，向国际科学用户开放最多的实验仪器。 正如ESRF的Francesco Sette所解释的，“极亮光源项目旨在确保ESRF在未来几十年仍保持同步加速器科学领域的先驱地位，有效地重用90%的现有基础设施，并提出降低ESRF碳足迹的最佳实践。”
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  • 《德国电子同步加速器——从汉堡粒子加速器到全球研究中心》
    • 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：2020-09-14
    • 2019年12月18日，德国最大的加速器中心满60岁。德国电子同步加速器（DESY）的故事始于1959年12月18日。在这60年中，DESY已成为加速器技术、结构研究、粒子物理学和天体粒子物理学的世界领导者，开发了一些全世界的科学家都在使用的开创性技术，并取得了卓越的进步，如发现了胶子、确定核糖体结构。 德国电子同步加速器的主任Helmut Dosch教授说，这个时代面临一个巨大挑战。新一代的研究工具X射线激光提供了医学和材料工程方面的基础性见解，有助于塑造明天世界。德国电子同步加速器为此提供了独特的条件：辐射光源PETRA III、FLASH和欧洲硬X射线自由电子激光装置的组合意味着国际科学家可以使用高强度X射线进行实验。除此之外，DESY补充提供独特的“工具箱”，用于制造、加工和检查纳米样品和纳米材料。德国电子同步加速器在措伊滕的第二个站点也是具有国际吸引力的平台，它是天体粒子物理领域持续发展的卓越中心。 凭借60年的经验，德国电子同步加速器在应对未来全球挑战方面处于优越地位，将强大的国内和国际研究伙伴聚集在一起，为能源、医药和新技术等重要领域的创新创造必要条件。最近，德国电子同步加速器初创企业创新中心和X射线与纳米科学CXNS中心将于2021年起开发新材料。这两个机构目前都在汉堡德国电子同步加速器校区建设中，这里将成为新的科学园区，被称为“巴伦菲尔德科学城”。在短短几年的时间里，与汉堡大学自然科学学院合作开展的顶级德国电子同步加速器研究，将为商业和社会提供强有力的刺激。 下面列举DESY 60周年的相关事件、数据和里程碑。 1.德国电子同步加速器的数据 ? 来自77个国家的2662名员工 ? 每年有来自40多个国家的3000名国际客座研究员 ? 在汉堡共有295栋建筑，包括隧道在内 ? 每年有10000名市民参观 ? 2019年，9900名学生在DESY的学校实验室进行实验 ? 2023年，DESY的新游客中心DESY UM将竣工 2.德国电子同步加速器的科学数据 ? 所有加速隧道全长16288米 ? 自从开始运行以来，为实验产生的正电子形式反物质大约为1.8纳克。 ? 1立方千米：是DESY目前正在合作的最大探测器的尺寸。这是冰立方微中子天文台的中微子探测器，它利用冻结在南极冰层中5000多个光传感器寻找“幽灵粒子”。 ? 1.9飞秒（万亿分之一秒，10-15秒）：今年DESY上出的世界上最短的紫外激光脉冲。 ? 100微米：为进行实验，每个部件必须沿着千米长的粒子加速器对准在十分之一毫米（100微米）以内。 ? 0：曾经在德国电子同步加速器加速器中产生的黑洞数量。 3.德国电子同步加速器的六个惊人的事实 ? 低温：自由电子激光FLASH和欧洲硬X射线自由电子激光装置的加速器模块在零下271摄氏度的工作温度下运行——比绝对零度高2度。这比外太空（270.42摄氏度）还要冷。 ? 灵敏度：ALPS实验的光探测器正在寻找非常轻的暗物质粒子，灵敏度非常高，可以在1000万公里的距离发现100瓦的光源——相当于一个灯泡在距离月球25倍的地方。 ? 灵敏度II：正在测量引力常数的GRAVI实验非常灵敏，甚至探测到了中国的地震。 ? 超快：自由电子激光FLASH上产生的“世界上最快的电影”被载入《吉尼斯世界纪录大全》。每组图像的间隔仅为50飞秒（万亿分之一秒），是普通电影速度的8000亿倍。 ? X射线透视：2008年，DESY的科学家们发现了一幅梵高的画，这幅画是用颜料涂上去的。使用DORIS加速器的同步辐射进行了两天的严格检查后，显现出一名女子在绿色草地上的图像。 ? 单板：有史以来最长的混凝土板是在PETRA III实验大厅的低振动地板上浇筑的，它的尺寸为1米厚、24米宽、近280米长。 4.六个里程碑 ? 1959年12月18日：在汉堡市政厅签署建立“德国电子同步加速器”的国家条约。五年后，电子就在“原始加速器”上疾驰而下，其也被称为德国电子同步加速器。1965年，科学家们实现第一个惊人的成就，成功地创造了一个反质子。 ? 1974年：进入新的研究领域，开始操作DORIS，这是一种新型加速器，不仅可以用于粒子物理，还可以作为一种特别明亮的辐射源。1978年，HASYLAB成立，这是一个利用同步辐射进行研究的大型实验室，很快就成为世界上同类设备的领先者之一。2009年，科学家Ada Yonath因其对生物分子坚持不懈的研究而获得诺贝尔化学奖，她的大部分研究都是在DORIS进行的。 ? 1978年，德国电子同步加速器启动了PETRA，是当时世界上最大的储存环（2.3公里）。1979年，取得突破性进展，发现了胶子，是迄今为止德国电子同步加速器在粒子物理学方面的最大发现。 ? 1990年，HERA投入运行，是德国电子同步加速器最大的加速器（6.3公里）。HERA是世界上唯一让电子和质子发生相互碰撞的设施，可用于解开质子的复杂结构。 ? 1991年，柏林附近的Zeuthen成为德国电子同步加速器的第二个站点。Zeuthen是天体粒子物理学的卓越中心，也是勃兰登堡唯一的粒子加速器的所在地。 ? 2017年：随着能产生超短X射线激光脉冲的超级激光欧洲硬X射线自由电子激光装置的推出，汉堡成为世界X射线研究之都。FLASH于2004年发光，自2010年以来储存环PETRA III一直是世界上最好的同步辐射源之一。德国电子同步加速器可以为这一领域的研究人员提供独一无二的研究条件。
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