同步辐射的力量

高能物理研究所（IHEP）是中国最大的高能物理研究机构。在高能物理所，1400多名全职员工正满怀热情地试图在最基本的层面上揭开宇宙的神秘面纱--从最小的亚原子粒子到宇宙的大规模结构。除了粒子物理学的基础研究，包括天体粒子，IHEP还进行广泛的跨学科前沿研究，例如，在材料科学、化学工程和环境科学。同时，IHEP的研究人员还探索现代加速器技术，如用于生产希格斯和Z粒子的电子-正电子对撞机，以及高科技产业化的创新可能性。

IHEP的历史可以追溯到1950年中华人民共和国成立后一年成立的现代物理研究所。IHEP本身开始是该研究所的第一部，并在1973年成为一个独立的研究机构。今天，它是国际粒子物理学界的一个重要参与者。IHEP与世界各地的其他研究团队保持着密切的联系，包括与来自亚洲、欧洲和北美13个国家的约20个研究机构的官方合作协议。其中一个例子是美国-中国高能物理学联合委员会，这是美国和中国研究人员之间的合作，已经存在了30多年，并产生了许多科学突破。一个重要的时刻是在2012年3月，IHEP的研究人员在他们的大亚湾反应堆中微子实验中发现了一种新型的中微子振荡--根据著名的科学杂志《科学》，这是2012年的十大科学突破之一。

粒子天体物理实验室成立于1951年，后来被并入IHEP，也已成为世界领先的宇宙背景辐射研究中心之一。其他IHEP项目，如北京正负电子对撞机（在Tau-charm能量范围内）、中国散裂中子源项目（用于产生能量高达500千瓦的散裂中子）和江门地下中微子观测站（用于精确测定中微子质量等级），都是中国最重要的科学设施。毫不奇怪，IHEP在羊八井宇宙射线观测站也发挥了主导作用，这是一个位于西藏高原的研究设施，通过超过60000平方米的空气簇射阵列连续记录超高能宇宙γ射线。在这方面，IHEP在国际高能物理界的长期可靠关系也正在取得成果，包括中意研究合作ARGO-YBJ（羊八井地面天文台天体粒子物理研究），以及中日联合项目，研究太阳活动影响下太阳和行星际磁场的性质。

IHEP 的重点项目之一是高能光子源，即 HEPS。 它是一种极其强大的同步加速器光源，能量为 6 GeV，发射率小于 60 pm·rad。 凭借超过 1·1022 Sch 的亮度，HEPS 将成为世界上最亮的同步加速器 X 射线源之一。 也就是说，它在1‰的波长带宽内，每秒产生1022个光子，平方毫米，mrad空间角。 基本上，HEPS 设施由加速器、光束线、终端站和支持设备组成。 这是三个加速器串联：

• 电子存储环周长1360米，束流能量6GeV，最大电流200毫安。 电子存储环由 48 个改进的混合 7BA 单元组成，以实现小于 60 pm·rad 的水平自然发射率。 这种结构需要超强的四极和六极磁铁，因此动态孔径很小，极易出错。 因此，磁体及其供应系统必须以极高的精度制造。 此外，必须开发一种特殊工艺来建造加速器隧道，以尽量减少微振动对梁的有害影响。
• Booster是一个周长约454米的电子同步加速器。它可用于将电子束从500MeV加速到6GeV，然后再将高能束注入电子存储环。
• 直线加速器，或称林纳，作为助推器的注入器。它长约49米，输出能量为500MeV，宏观脉冲重复频率为50Hz。Linac包括一个热离子阴极电子枪，一个束流系统，以及一系列S波段恒定梯度的行波加速结构。

HEPS将成为中国首个专用高能同步辐射源。 HEPS 的规划和许可程序于 2016 年开始，计划于 2025 年完成。HEPS 的开发者希望它能极大地促进广泛的科学和技术领域的发展。 作为一个多学科实验平台，HEPS 将支持基础研究，加深对物质及其在原子水平上的复杂相互作用的理解。 其极高的分辨率将使对超微小尺寸的详细研究成为可能。 例如，高达 10 nm 的空间分辨率将允许观察单个纳米粒子，而 1 meV 的能量分辨率将允许深入了解最微妙的量子物理过程。 此外，HEPS的时间分辨率可以达到皮秒级，重复率高。

极高的光束能量和极低的发射率对加速器、光束线和终端站的设计和操作提出了最高要求。 为了确保这个极具挑战性的项目取得成功，HEPS 规划人员决定在建造主环和光束线之前开发 HEPS 测试设施 (HEPS-TF)。 这个测试设施从 2016 年到 2018 年历时两年半从头开始建造，事实证明取得了圆满成功。 得益于创新的 MBA 存储环设计，它可以在 6 GeV 的光束能量下可靠地提供低于 60 pm·rad 的水平发射率。 HEPS-TF 还为开发人员提供了有关 HEPS 所需技术的其他有价值的见解，例如高梯度四极杆、真空室的 NEG 涂层、可靠的磁铁电源以及用于精细测量光束轮廓的 Kirkpatrick-Baez 光学器件 . 此外，研究人员还使用 HEPS-TF 测试和验证了用于 HEPS 的光束线、高能 X 射线单色仪、纳米聚焦探针、像素阵列探测器和其他高精度光学测量设备。

凭借这些成功的测试结果，HEPS 于 2017 年获得了全面设施建设的正式批准。 HEPS 开发人员最初提出了 14 条光束线，包括用于硬 X 射线纳米探针的多模式光束线、用于结构动力学的光束线、用于微聚焦 X 射线蛋白质晶体学的光束线和高压光束线。 然而，在完成第一阶段建设后，开发商决定在存储环周围再增加 70 条光束线和终端站。 此后，施工按计划进行。 加速器硬件系统、磁铁、射频谐振器和直线加速器电源等必要技术设备的采购和制造工作正在顺利进行。 作为阀门供应商，自 HEPS-TF 早期阶段以来，VAT 一直密切参与这个激动人心的多方面项目。 例如，VAT 的研究部门为其中一条光束线开发了一种特殊的射频阀，在实际测试中表现出色。 VAT 真空阀也用于 HEPS 或 HEPS-TF 的其他中心位置，主要来自全金属 47、48 和 54 系列。 “与 IHEP 的合作非常有建设性和信任，因此我相信我们可以继续为这个享有盛誉的研究项目贡献我们的阀门专业知识，”VAT 销售经理 Jerry Zhang 对未来充满乐观地说道。