HEPS全景圖。圖片來源：中國科學院高能物理研究所

科技日報記者?劉霞

在距離北京市中心約50公里、位于懷柔的環形高能同步輻射光源（HEPS）內，研究人員正在對數千個部件進行微調。這些部件將產生最明亮的X射線，可實時揭示樣本分子和原子結構。

HEPS團隊希望今年6月底前完成真空室系統的安裝工作，該系統是確保開始調束的不可或缺的重要系統。

5月13日，英國《自然》雜志網站報道了中國即將竣工的HEPS。文章指出，耗資48億元的HEPS將是亞洲首個此類光源。它使中國成為世界上僅有的幾個擁有第四代同步加速器光源的國家之一。HEPS有望于2025年向研究人員開放。

瑞典同步加速器輻射設施MAX IV實驗室加速器部門負責人佩德羅·費爾南德斯·塔瓦雷斯認為，HEPS是一個頂尖裝置，將助力杰出的科學研究工作。

超高分辨率呈現納米級樣本微觀結構

在HEPS周長為1.36公里儲存環內，電子將被加速到6000兆電子伏特。這將產生高能或“硬”X射線，使科學家可以在納米尺度上探測樣本。

HEPS團隊成員、中國科學院高能物理研究所線站科學家陶冶指出，利用第四代光源高相干特性，研究人員能在數百納秒或更快時間尺度上完成動力學探測，時間分辨率將是第三代同步加速器的10000倍。

當HEPS于2025年向研究人員開放時，科學家將借助其14條束線發出的X射線，開展生物醫學、能源、先進材料和凝聚態物理等學科的實驗。HEPS預計可以容納多達90條束線。陶冶表示，這個環形設施將“影響除數學以外的幾乎所有科學領域”。

例如，為了確定蛋白質的原子結構，研究人員需要純化這些分子，并將其誘導成有序的晶體結構，而X射線可以讓這些晶體結構可視化。

塔瓦雷斯解釋稱，較老的同步加速器幾乎不可能研究較小的蛋白質晶體，但HEPS產生的“硬”X射線將足夠強大，能對最微小樣本進行詳細分析。新的同步加速器還將使研究人員快速完成其“前輩”需要幾天才能完成的實驗。

更亮光束加深對物質性質的理解

目前，世界各地約有70個同步加速器正在建設或運行中，但只有少數屬于第四代同步加速器“家族”。這些設施能產生最明亮、最聚焦的光。其中包括瑞典的MAX IV實驗室、巴西的同步加速器光源“天狼星”、法國的歐洲同步輻射裝置的極端明亮X射線源，以及美國的先進光子源。

中國科學院高能物理研究所物理學家、HEPS工程副總指揮李煜輝表示，HEPS不是在現有設施的基礎上建造，而是從頭開始建造。

巴西“天狼星”實驗室主任哈里·韋斯特法爾表示，像HEPS這樣的第四代同步加速器是依靠多彎消色差晶格的磁鐵陣列來產生比前一代設施更窄、更亮的X射線束。HEPS將產生世界上最窄的電子束，研究人員能夠借此從樣本中獲得更多的信息。

韋斯特法爾補充道，這種高分辨率成像將極大促進科學家對物質性質的理解以及新材料的開發。