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硬X射線自由電子激光裝置注入器實(shí)現(xiàn)100MeV束流加速

發(fā)布時間：2024/11/5 9:41:49編輯：Ma Liang
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2024年10月30日，硬 X 射線自由電子激光裝置(SHINE)開啟注入器束流調(diào)試并于當(dāng)日實(shí)現(xiàn)束流貫通，束流加速能量達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求的100兆電子伏特(MeV)。

　　SHINE 作為最新一代基于連續(xù)波超導(dǎo)加速器的高重頻自由電子激光裝置，將建設(shè)1臺電子能量8吉電子伏特(GeV)的超導(dǎo)直線加速器和若干波蕩器線、光束線以及實(shí)驗(yàn)站。注入器是SHINE直線加速器的最主要組成部分之一，包含一臺光陰極常溫連續(xù)波甚高頻(VHF)電子槍、一個常溫L波段聚束器、工作在2K液氦溫區(qū)的一臺單腔超導(dǎo)加速模組和八腔超導(dǎo)加速模組等束流加速設(shè)備，對加速器束流性能起著決定性的作用。SHINE注入器在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，如VHF 電子槍、高品質(zhì)因數(shù)連續(xù)波超導(dǎo)射頻加速模組等，還采用了進(jìn)行束流微聚束控制、束流測量和束團(tuán)分配的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，如控制能散的激光電子束加熱器、測量束長的S波段偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、分配束團(tuán)的脈沖磁鐵等。

　　10月30日上午，電子槍發(fā)射的20皮庫(pC)束團(tuán)電荷量經(jīng)聚束器加速后，首次進(jìn)入超導(dǎo)模組段加速單元。現(xiàn)場調(diào)試人員依次完成兩臺超導(dǎo)加速模組共9支超導(dǎo)加速腔的幅相調(diào)節(jié)和相位掃描，束流加速能量于當(dāng)晚達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求的100MeV。經(jīng)初步優(yōu)化，束團(tuán)電荷量為20pC、重復(fù)頻率為10Hz、能量為100MeV 的束流順利抵達(dá)注入器末端的45kW 滿功率廢束桶，實(shí)現(xiàn)注入器束流貫通。這是繼2023年底電子槍段實(shí)現(xiàn)束團(tuán)能量為750keV、電荷量為100pC和重復(fù)頻率為1MHz 束流指標(biāo)后的又一加速器調(diào)束里程碑，標(biāo)志著工程進(jìn)入注入器整機(jī)束流調(diào)試的新階段。調(diào)束團(tuán)隊(duì)將再接再厲，繼續(xù)提升和優(yōu)化束流參數(shù)，力爭在2024年年底使SHINE注入器全面達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　目前，SHINE直線加速器工藝設(shè)備已全面進(jìn)入加工制造和安裝階段，預(yù)計(jì)整個SHINE直線加速器將在2027年第二季度完成調(diào)束，達(dá)到驗(yàn)收指標(biāo)。

　　SHINE的建成將使我國擁有最新的高重頻、高峰值亮度、納米級超高空間分辨能力和飛秒級超快時間分辨能力的X射線自由電子激光裝置，為物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等多學(xué)科提供高分辨成像、超快過程探索、先進(jìn)結(jié)構(gòu)解析等尖端研究手段，為我國基礎(chǔ)科學(xué)的前沿發(fā)展帶來前所未有的前景。

　　中國科學(xué)院上海高等研究院作為項(xiàng)目主要建設(shè)單位之一，負(fù)責(zé)硬X射線自由電子激光裝置加速器總體、公用設(shè)施總體工程建設(shè)任務(wù)，參與束線站總體工程建設(shè)工作。本次100MeV出束的注入器由中國科學(xué)院上海高等研究院負(fù)責(zé)研制、集成和調(diào)試。