探秘HEPS：从电子的狂欢到光子的盛宴

圆不leng deng的蓝胖子是光源？咋发光？它是用来干什么的？请跟随小编的步伐一起探秘HEPS，解除心中的疑惑。

图1. HEPS鸟瞰效果图

HEPS(High Energy Photon Source)全称为高能同步辐射光源，被称为“希望之光”，它是我国建设的首台第四代同步辐射光源，也是亚洲首台。从航拍图来看，高能同步辐射光源建筑由三栋主体建筑构成，整体外形如同一个放大镜，寓意“探测微观世界的利器”（不过有人竟说它是一个开瓶器？真的像吗？）,其中，综合实验楼和用户服务楼构成“放大镜”的“手柄”，最大的圆环状建筑才是光源装置主体区域，是“放大镜”的“镜框”。

图2.HEPS实地航拍图

HEPS主体装置主要由两大部分组成，分别是电子加速器、光束线站。其中，HEPS的电子加速器又包含了直线加速器、增强器、储存环。直线加速器如图上绿色箭头所指，增强器是红色小圈部分，电子储存环则是与红色小圈相切的蓝色大环，光束线站就分布在蓝色大环的这个切线方向（主体建筑内）。

第一站：LINAC，电子的飞跃起点

我们今天的探秘始于直线加速器（LINAC），这里就像是电子的飞跃起点。电子们由电子枪产生进入直线加速器，仿佛进入了一个巨型微波炉，微波电场让电子“火力全开”，它们在这里直逼光速，势如破竹！能量由0.0005GeV提升至0.5GeV，你可别以为这里有热腾腾的面包等着它们，不，这里有着更重要的任务——让电子们的能量飙升同时还要产生为电子束的品质作保证，为接下来的壮丽演出做好准备！

图3 直线加速器隧道

第二站 ：Booster，电子的健身房

我们将目光转至增强器（Booster）。电子们从直线出来之后，进入到了HEPS的健身房——增强器，周长450多米。这里就像电子的健身房，不断加速的同时，它们的能量也在不断膨胀。这些电子简直就像是科学的超级英雄，每一圈都更强壮，直至达到额定的能量6GeV再注入到主环。准备迎接最后的挑战！

图4 增强器的隧道

第三站：同步辐射环(储存环)，电子的狂欢之地

现在，让我们进入HEPS的主会场——同步辐射环，也称电子储存环，全环长约1360米。这个地方堪比电子的狂欢之地，巨大的储存环里，电子们飞速旋转（此时的电子束无限接近光速，跑一圈仅仅4.5微秒）。为了让电子束按照我们希望的闭合轨道运动，并补充同步辐射光带走的能量，建造装置的科学家们在储存环上的不同位置，布置了各种类型的磁铁、真空盒、高频腔等设备，利用磁场、电场等对电子束的运动轨道进行约束。进入储存环后，第一眼望到的设备就是各种颜色的磁铁，其中，红色的长条形磁铁就是弯转磁铁，在经过弯转磁铁时，电子的运动方向发生偏转，就会沿着轨道切线方向释放出稳定而且高能量、高亮度的光——同步辐射光，这个就是高能的魔法之光。可以形象地理解为：下雨时，我们快速转动雨伞，沿着雨伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠。这些探针一样作用的小水珠(辐射光)，就被用来探索自然界的奥秘。因此可以说同步辐射环不仅是科学的殿堂，更是电子的狂欢派对！

图5. HEPS储存环隧道内（科研设备安装中）

探秘最后一站：科学的奇迹之旅

光束线站是同步辐射光的应用场所。每一条线站都是同步光的“私人包间”，是科研人员调制光的光子工厂，是提供给科研用户利用同步光开展科学研究、产出科研成果的地方。这里有各种实验仪器，满足各式各样的科研需求。由储存环辐射出来的同步光其波长范围涵盖了红外、可见光、紫外和X射线等，在X射线波段表现尤为优异，因此我们也可以将HEPS看作是一个巨大的X光机，经过光束线上各类精密光学元件的调制，可以为科研用户提供私人定制的光探针，用来“照亮”微观世界。

世界上那么多同步辐射光源，HEPS有啥神奇之处？

HEPS发射的光的主要特点是前方高能的高能，比太阳亮1万亿倍的高亮。光的能量与光的穿透能力直接相关，越高能的光，穿透能力越强，光与物质作用的范围越大，更有利于表征真实物质材料的真实工作状态。光的高亮度代表单位面积内的光子数更高，能有效提高实验信号的强度，从而提高实验效率。另外，HEPS的光还有高时间、空间分辨等能力，能探测更快、更微观的物质结构演化机制。科研人员通过对微观结构多维度、实时、原位表征，为物质做“体检”。

图6. HEPS一期线站的布局图

至此，HEPS的探秘之旅就结束了，但科学的奇迹之旅才刚刚开始。目前，HEPS还在怀柔科学城进行建设，预计将于2025年亮相，欢迎广大科研领域用户届时来到我们的光源，开展高能、高效的物质科学实验，用X光打开未知的微观世界，来一场奇幻的科学解密之旅！在这里，研究人员们可以进行种种实验，比如研究新材料、破解生物分子的密码等等，甚至还能助力科技考古，保护文化遗产！

尾记

总得来说，HEPS不仅仅是一个实验室，更是一个科学的宝库。科研工作者们犹如艺术家，他们通过各种磁铁、电源和高频系统来操纵电子束团，以此来在巨大的储存环上发射出绚丽的光束，为科学的进步和人类的未来贡献力量！所以，当你听到HEPS时，不要只看到一个名字，它更像是一个电子的狂欢，光子的盛宴！

编辑：YIF

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