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。