中国计划耗资48亿元建世界最亮同步辐射光源

1月18日，记者在香山科学会议第586次学术讨论会上获悉，“十三五”期间，中国将在北京建设一台高性能的高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）——北京光源，设计亮度及相干度高于世界现有、在建或计划中的光源。专家们认为，这一新光源的建成将在满足国家需求的同时，对多个基础科学领域前沿研究发挥关键支撑作用，成为我国同步辐射光源和应用迈向世界先进水平的重要一步。

目前，全世界已相继建成50多台同步辐射光源，提供不同能区的X射线及各种先进的实验技术，为多学科的创新研究提供支撑。上海光源的建成使我国在中能X射线区进入了国际先进水平。为进一步提高国家安全和工业核心创新能力，我国迫切需要一台高能同步辐射光源。

会议执行主席之一、中国科学院高能物理研究所研究员董宇辉介绍，该光源采用了能够大幅度降低储存环电子发射度的“多弯铁色散”结构，使电子发射度低于0.1纳米弧度（nm·rad），接近衍射极限。经过适当的改进之后，发射度能够达到衍射极限（0.01纳米弧度）。由于各项关键性能指标远高于目前正在运行的第三代同步辐射光源，衍射极限光源也被称为“第四代同步辐射光源”。

极低的电子发射度保证了X射线的亮度，它将提供光子能量达到300电子伏特（keV）的硬X射线，并在X射线波段的单位时间通过单位面积、在单位角度方向上通过的光子数（光谱亮度）达10的22次方个。这一亮度比世界现有最亮同步辐射光源美国国家同步辐射光源II（NSLS-II）高70倍，比瑞典MAX IV高10倍。

科学家们相信，这将使原有的实验技术能力获得巨大提升。例如，高能量的光子具有较高的穿透能力，意味着我们可以对真实的工程部件而不是实验室样品开展研究，并对这些部件在实际生产及服役过程中的变化进行实时研究。“这对工程材料等国家重大需求至关重要。”董宇辉表示。

同时，极低的电子发射度还有望使X射线的分辨率达到“毫电子伏特”量级，也可以将X射线聚焦到纳米量级的光斑中，同时还具有良好的相干性，这些能力将催生新的实验技术。例如，在生命科学、环境科学、介观科学等领域，聚焦到纳米量级的X射线将催生纳米分辨率X射线荧光成像、吸收谱学成像等技术。

例如，准衍射极限高能光源提供的高通量、高品质X射线将为十微米到十纳米介观尺度的科学研究打开一片新天地。“材料老化、应力的形成模式，细胞、血液在单根血管里的流动，微纳米级器件的工作情况，锂电池锂离子的注入和抽出，甚至基础物理中关联体系诸多衍生现象等等，都发生在这一介观尺度。”会议执行主席之一、中国科学院物理研究所研究员丁洪说。

“北京光源的建设将兼顾通用性和专用性，应在科学基础和经验的不断积累下发展。”董宇辉告诉《中国科学报》记者，“一方面在同步辐射科学前沿上不懈追求，另一方面也要围绕用户需求开展研发。”

据记者了解，高能同步辐射光源项目已列入国家发展改革委发布的国家重大科技基础设施建设“十三五”规划，也是中科院与北京市共建怀柔科学城的核心。该项目预计2018年11月份开工，工期历时约6年，计划耗资48亿元。