《欧洲同步辐射光源极亮光源储存环开始注入首个电子束》

  • 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:2020-04-06
  • 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。
     

  • 原文来源:https://www.esrf.eu/home/news/general/content-news/general/first-electrons-turn-in-the-esrfs-extremely-brilliant-source-storage-ring.html
相关报告
  • 《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。”
  • 《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。