國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高能同步輻射光源（HEPS，圖1）增強(qiáng)器已經(jīng)出束，并通過工藝驗(yàn)收，多項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)（主要運(yùn)行參數(shù)，圖 2），機(jī)器總體性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。同時(shí)，也創(chuàng)造多項(xiàng)中國和世界之最。

圖?1 高能同步輻射光源鳥瞰圖

圖?2 HEPS增強(qiáng)器實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)

我國目前運(yùn)行的電子加速器包括合肥光源（HLS）的直線加速器和儲存環(huán)，均為0.8吉電子伏特（即0.8×10^9電子伏特）；北京正負(fù)電子對撞機(jī)（BEPCII）的直線加速器和儲存環(huán)，目前均運(yùn)行在1.89吉電子伏特；臺灣光源（TLS）的儲存環(huán)，運(yùn)行能量為1.5吉電子伏特；臺灣光子源（TPS）的增強(qiáng)器和儲存環(huán)，運(yùn)行能量為3吉電子伏特；以及上海光源（SSRF）的增強(qiáng)器和儲存環(huán)，最高可運(yùn)行在3.5吉電子伏特；等等。HEPS增強(qiáng)器的引出能量高達(dá)6吉電子伏特，為國內(nèi)最高。

目前我國的大型環(huán)形加速器包括上海光源（SSRF）的儲存環(huán)（周長432米）、臺灣光源（TLS）的儲存環(huán)（周長120米）、臺灣光子源（TPS）的儲存環(huán)和增強(qiáng)器（周長分別為518.4米和496.8米）。HEPS增強(qiáng)器的周長為454米，由四個(gè)超周期對稱結(jié)構(gòu)組成，目前是大陸最大的環(huán)形加速器，在相同規(guī)模周長情況下，它的能量卻高出近1倍。增強(qiáng)器是一種環(huán)形加速器，更高能量的環(huán)形加速器，通常采用較長的周長來獲得更好的束流品質(zhì)和壽命。

增強(qiáng)器起著承上啟下的作用，在較低的能量（稱為注入能量）下接收上游加速器（一般為直線加速器）的電子束，之后將束流加速到與儲存環(huán)相同的能量（稱為增強(qiáng)器的引出能量），最后引出束流并注入至儲存環(huán)內(nèi)。單束團(tuán)電荷量的提升意味著可以快速地提升儲存環(huán)每個(gè)束團(tuán)的電荷量。另一方面，單束團(tuán)電荷量的提高卻要面對巨大的挑戰(zhàn)，需要解決諸如束團(tuán)集體效應(yīng)、俘獲和傳輸效率等問題。我國在運(yùn)行的兩臺增強(qiáng)器的單束團(tuán)電荷量都不超過2納庫，而HEPS增強(qiáng)器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了超過5納庫的單束團(tuán)電荷量。

發(fā)射度是衡量電子束匯聚程度的一個(gè)物理量，發(fā)射度越小，束流匯聚的越小。為了實(shí)現(xiàn)世界最亮的第四代同步輻射光源之一，HEPS儲存環(huán)的發(fā)射度設(shè)計(jì)指標(biāo)為34皮米（1×10^-12米）弧度，比典型的第三代儲存環(huán)低近兩個(gè)量級，因此也就需要增強(qiáng)器提供更加匯聚的束流以提高儲存環(huán)的束流俘獲效率。而環(huán)形加速器的束流發(fā)射度是和電子束能量的平方成正比，即能量越高，降低發(fā)射度越難。HEPS增強(qiáng)器的能量最高6吉電子伏特，與歐洲的ESRF-EBS、美國的APS-U以及日本的SPring-8的增強(qiáng)器同屬于高能增強(qiáng)器，降低發(fā)射度具有巨大的難度。在磁聚焦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，HEPS增強(qiáng)器采取了極致的優(yōu)化措施來有效地降低發(fā)射度，在高能增強(qiáng)器中發(fā)射度最低。

在環(huán)形電子加速器中，用以加速的高頻電場在環(huán)中確定了許多等間隔的穩(wěn)定區(qū)，稱為相穩(wěn)定區(qū)。只有在相穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的電子才能存活。根據(jù)HEPS的運(yùn)行需求，需要將直線加速器的束流注入到增強(qiáng)器幾個(gè)特定的相穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，而增強(qiáng)器中每個(gè)相穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的束流需要引出并注入到儲存環(huán)的任意一個(gè)相穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。要完成這些功能，增強(qiáng)器需要在注入能量和引出能量停留足夠長的時(shí)間，并且束流需具有足夠長的壽命，這種運(yùn)行模式與儲存環(huán)的運(yùn)行模式相同。增強(qiáng)器以這種模式運(yùn)行，不僅需要磁鐵的電源同時(shí)具備很高的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)跟蹤精度，而且需要準(zhǔn)確的定時(shí)信號和巧妙的邏輯來控制這些進(jìn)程。相比于其他增強(qiáng)器類正弦的能量變化方式，HEPS增強(qiáng)器具有更高的靈活性和可調(diào)控性。

作為儲存環(huán)的滿能量注入器，HEPS增強(qiáng)器有注入、升能、回注、累積和引出等工作階段，主要負(fù)責(zé)將電子束流從500兆電子伏特加速到6吉電子伏特，為儲存環(huán)提供高品質(zhì)的電子束。目前，HEPS增強(qiáng)器已經(jīng)完成了從直線加速器的注入以及升能調(diào)試。按照設(shè)計(jì)，在儲存環(huán)完成建設(shè)之后，增強(qiáng)器還會進(jìn)行引出調(diào)試，還將進(jìn)而接收從儲存環(huán)返回來的電子束，和直線加速器來的電子束匯合，屆時(shí)這兩束電子就像一對華爾茲舞者，在增強(qiáng)器和儲存環(huán)這兩個(gè)環(huán)環(huán)相扣的舞池里曼舞。

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